基本信息
- 项目名称：
- 分级结构锐钛矿多孔高晶化度TiO2纳米柱的可控合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目采用前躯体路线和乙二胺处理方法合成了不同长度的TiO2纳米柱，并设计制备了“TiO2粒子-TiO2纳米柱-TiO2粒子”三明治结构光阳极染料敏化太阳能电池。
- 详细介绍：
- 本项目采用前躯体路线和乙二胺处理方法合成了不同长度的TiO2纳米柱，并设计制备了“TiO2粒子-TiO2纳米柱-TiO2粒子”三明治结构光阳极染料敏化太阳能电池，成功地解决了零维粒子的电子传输损耗问题和一维材料比表面积小吸附量低的问题。该研究在国内外同行业领域处于领先地位，该研究成果为制备具有较高光电能量转换效率的染料敏化太阳能电池提供理论支持。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为解决能源问题，合理利用太阳能资源，开发高效染料敏化太阳能电池，从光阳极的研究入手，解决染料吸附和电子传输两大难题。设计合成了具有高晶化度，具有优良电子传输特性的TiO2纳米柱，同时设计了三明治结构光阳极，结合了零维粒子吸附和一维材料电子传输的优势，从而获得高的光电能量转换效率。
科学性、先进性及独特之处
- 该研究具有较高的学术价值，设计合成了具有优异电子传输能力，高稳定性、高晶化度多孔TiO2纳米柱；同时，设计独特的“三明治”结构光阳极并组装成染料敏化太阳能电池。这种电池结合了零维粒子较强的染料吸附能力和一维材料较快的电子传输性能两大优势。因此这种特殊结构的电池具有较高的光电能量转换效率。
应用价值和现实意义
- 随着工业的发展能源问题日益突出，太阳能作为一种清洁高效的的能源越来越被人们所重视。本项目设计的“三明治”结构染料敏化太阳能电池有效地解决了光阳极染料吸附和电子传输问题，为实现制备大功率，高效率染料敏化太阳能电池提供了一种思路。
学术论文摘要
- 通过调控反应物的浓度实现对纳米柱长度的调控，得到了长、中、短三种长度得纳米柱前驱体。对前驱体进行乙二胺包覆处理，处理后的样品经700度焙烧扔保持锐钛矿结构，粒子明显变小且出现堆积孔。将纳米柱做为夹心层设计了“粒子-纳米柱-粒子”三明治结构电池，光电测试结果表明，其光电转换效率随着长度增长和晶化度的增加而增加，最大可达8.19%。
获奖情况
- 2010年6月1日发表于英国皇家化学会（RSC）的杂志Physical Chemistry Chemical Physics上。影响因子IF=4.114
鉴定结果
- 高水平SCI论文
参考文献
- G. Tian, H. Fu, L. Jing, B. Xin, K. Pan, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 3083. W. Zhou, K. Pan, L. Zhang, C. Tian, H. Fu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 1713.
同类课题研究水平概述
- 1991年瑞士Grätzel教授以多孔纳米TiO2为半导体电极，Ru络合物作敏化染料，并选用I-/I3-氧化还原电解质，成功地制备了一种新型的染料敏化TiO2纳米晶薄膜太阳能电池(简称DSSC，dye-sensitized solar cells)，并取得了光电转换效率7.1 %的突破性进展。由于染料敏化太阳能电池具有理论转换效率高，透明性高，成本廉价和工艺简单等优点，迅速成为科学工作者青睐的对象。2004年和2005年，Grätzel教授课题组将电池的光电转化效率进一步提高到了11.0 %和11.2 %。 近年来，人们一直在寻找提高染料敏化太阳能电池效率的方法和策略，但一直未见突破。究其原因主要是传统的纳米晶材料由于存在晶界问题以及TiO2本身晶形不完整，存在着缺陷，对电子构成了“陷阱”，它们对电子的传输形成了严重的阻碍。一维材料由于其优异的电子传输能力而倍受人们关注，但一维材料往往比表面积比较小，吸附能力较差，因而一般效率较低。因此科学家们通过大量的实验和探索，期望找到一种既有利于染料吸附又具备优良电子传输性能的光阳极材料，从而获得较高的光电能量转换效率的染料敏化太阳能电池。
