《ZnO複合Bi-Te熱電材料光陽極的電輸運特性及套用研究》是依託重慶大學，由吳芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZnO複合Bi-Te熱電材料光陽極的電輸運特性及套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳芳
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近年來，研究人員發現染料敏化太陽能電池(DSCs)工作中的溫升造成了電池效率和壽命的降低，而造成溫升的主要原因是太陽光譜中的近紅外光不能被光伏轉換所利用。為此，本項目將具有高電子遷移率的ZnO與具有優良室溫熱電性能的Bi-Te合金直接複合製備光陽極，以有效利用光產生的熱，進一步提高DSCs的效率。本項目從理論上模擬ZnO/Bi-Te的界面特性，最佳化設計ZnO 與Bi-Te的複合結構，並在此基礎上有針對性的進行實驗研究，製備出不同成分、不同濃度、不同結構的複合光陽極和複合DSCs；重點研究ZnO的微觀結構對染料吸附率和電輸運特性的影響，ZnO/Bi-Te界面電子輸運特性，以獲得最佳化的ZnO/Bi-Te複合光陽極和高效的複合DSCs。因此，本項目在提高ZnO基DSCs效率, 降低混合集能器結構複雜性方面具有重要的科學研究價值，在新能源利用領域具有廣闊的套用前景。
結題摘要
近年來，研究人員發現：在染料敏化太陽能電池(DSSC)中，隨著工作時間的增加，器件的溫度明顯上升，這導致了電池效率和壽命的降低。其主要原因是電池中常用的N719等染料不能吸收和利用太陽光譜中的近紅外光進行光電轉換。ZnO電子遷移率高，是一種優良的光陽極材料，但目前ZnO基DSSC效率普遍偏低。為此，本項目將具有優良室溫熱電性能的Bi2Te3與ZnO直接複合製備光陽極，以有效利用光產生的熱，進一步提高電池效率。理論上，本項目計算了1維和2維納米Bi2Te3的電子結構，發現這兩種Bi2Te3的納米結構內部存在電荷重構，呈現較強的極化現象，有利於電子的輸運。實驗上，首先研究了ZnO納米棒形貌調控及ZnO納米粒/ZnO納米棒複合對電池轉換效率的影響，在此基礎上，有針對性的進行實驗，合成了1維Bi2Te3納米管和2維Bi2Te3納米片，製備出了ZnO納米粒/Bi2Te3納米管，ZnO納米粒/Bi2Te3納米片複合光陽極及複合DSSC。系統研究了不同形貌納米Bi2Te3及複合含量對染料吸附量、電輸運和光電轉換性能的影響，發現：Bi2Te3納米管和Bi2Te3納米片的加入會導致光陽極中出現一些孔洞，染料吸附量隨著複合含量的增加而降低；1維Bi2Te3納米管能為電子傳輸提供直接通道，延長電子壽命，抑制複合，提高電子傳輸效率，2維Bi2Te3納米片能提高電子採集效率，Bi2Te3能利用熱電效應提高陽極中電子濃度。漫反射譜測試表明：2維Bi2Te3納米片的複合還有利於增強陽極的光捕獲率。因此，適當的Bi2Te3複合含量能顯著提高ZnO電池的效率，其中，含1.5wt.% Bi2Te3納米管的電池效率最高，達到4.27%，比純ZnO的高出44.3%。本項目獲得的結果為製備光電熱電複合光陽極提供了基礎數據，在提高ZnO基DSSC效率方面具有重要的科學價值。 3年來，項目組正式發表期刊論文10篇，均被SCI檢索。培養碩士研究生2名。圓滿完成了項目的任務。
