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我所在太阳电池关键材料方面取得重要进展:获得形貌和结构可控的新型分级结构亚微米球
时间:2015-09-30 来源:新能源中心 作者:文/孔凡太 图/丁勇 点击:

近日,我所新能源中心胡林华研究员课题组和华北电力大学戴松元教授团队合作,在太阳电池用纳米材料研究中获得重要进展,获得了宏量合成结构和形貌可控的分级结构亚微米球方法。该进展在willy旗下Materials Views网站作为重要进展重点推荐(网址:http://www.materialsviewschina.com/2015/09/tio2-microspheres-with-controllable-surface-area-and-porosity-for-enhanced-light-harvesting-and-electrolyte-diffusion-in-dye-sensitized-solar-cells/)。

 

TiO2亚微米球形貌图及对应太阳电池电流-电压曲线

针对现阶段分级结构微米球仍存在的微结构调控方面难题,特别是微米球内孔径调控和微米球中颗粒尺寸及吸附能力之间的矛盾问题,经过持续研究,取得了重要进展。他们在微米球制作过程中不需要借助模板剂的条件下,简单的通过控制乙醇和去离子水的摩尔比,可调节微米球的直径和形貌,通过调节氨水的添加量和工艺可调控微米球内孔径分布及纳米颗粒的结晶性。最为突出的是,他们克服了现有为了增加微米球内孔径尺寸,不可避免地要牺牲微米球比表面积,竟而降低染料吸附能力的难题,可将基于微米球的多孔薄膜比表面积可控在110 m2/g以上,微米球内平均孔径直径由10纳米提高到16纳米以上,从而可实现整个微米球内染料分子全吸附和电解质快速扩散,这一结论也得到了透射电镜元素分布谱图的确定。基于该种结构的亚微米球DSSCs光电光电转换效率达到了11.67%。相关研究结果发表在Willy旗下《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊上。

该种新型分级结构亚微米球不仅在高效染料敏化太阳电池上取得了很好的应用,还在其他类的新型太阳电池如量子点和钙钛矿太阳电池中都能有很好的表现。

染料敏化太阳电池(DSSCs)自从1991Grätzel教授报道基于纳米TiO2多孔结构获得7.1%的光电转换效率以来,DSSCs以其制作工艺简单、低成本及环境友好等特点引起国内外广大科研工作者的兴趣,目前最高效率已达12.3%。纳米材料作为影响该种电池性能关键因素之一,相关研究一直备受重视。纳米多孔薄膜作为该种电池光阳极除应具有较高的比表面积、较大的孔径尺寸和孔隙率之外,还应能有效地散射可见光及并能形成电子快速传输的通道。目前颗粒尺寸为25纳米的纳米TiO2400纳米大颗粒组合形成的多孔薄膜光阳极在一定程度上提高了电池对光的利用率,但受限于大颗粒的比表面积及吸附位点低不利于吸附染料分子,此外,单个纳米颗粒与颗粒之间的大量晶界同样地阻滞了光生电子在光阳极内的快速传输,不利于光生电子的收集。近几年来,由纳米颗粒组成的新型分级结构微米球有望能解决以上问题。

    该项研究获得了国家重点基础研究发展计划项目的支持。

 
 
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