染料敏化太阳能电池基础研究获进展

    染料敏化太阳能电池（DSSC）具有成本低、无毒无污染、制造工艺条件温和、适合大面积连续化生产等优点，是当前新型太阳能电池的研究热点。具有纳米多孔结构的半导体光阳极是DSSC的核心组成部分，采用有序、多功能的新型纳米结构替代传统由纳米颗粒构成的无序光阳极，是DSSC基础研究领域的前沿和难点。
    中科院上海硅酸盐高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室近期在DSSC纳米结构光阳极方面取得了一系列新进展。由李效民研究员和高相东副研究员带领的研究团队研究出多种基于TiO2纳米管阵列的有序光阳极和基于气凝胶结构的新型复合光阳极材料。
    基于课题组在氧化物纳米结构研究的多年积累，采用超长ZnO纳米线阵列为模板，结合可精确调控纳米微结构的连续离子层吸附与反应（SILAR）技术，成功实现了TiO2纳米管阵列在FTO导电基底上的直接生长；采用独特的水热粗化技术，显著提高了纳米管阵列的表面粗糙度、结晶性和染料负载量。所得TiO2纳米管阵列光阳极的光电转换效率为5.74%，比无粗化纳米管阵列提高30%。在此基础上，课题组通过在ZnO纳米柱表面连续沉积多层TiO2、ZnO薄层，获得了同轴、多壁TiO2纳米管光阳极，并可精确调控管壁的层数（1-6层）及厚度（5-15 nm）；通过生长枝状ZnO并构建ZnO-TiO2核壳结构，制备出具有枝状结构的TiO2纳米管光阳极。
    在气凝胶复合光阳极方面，课题组采用具有超低密度（0.03g/cm3）和超高比表面积（1177m2/g）的SiO2气凝胶为模板，制备出SiO2-TiO2复合气凝胶，再将其与传统的TiO2纳米颗粒光阳极复合，得到了气凝胶复合光阳极。与传统纳米颗粒光阳极相比，可显著增强光阳极对染料的负载量和对入射光的散射效果，所得DSSC的光电转换效率达到9.4%，比传统光阳极结构提高16%。
    上述工作为开发新一代具有可控微结构及高光电转换效率的染料敏化太阳能电池提供了有益思路。该研究得到了国家自然科学基金项目(项目编号：(51072214、51002174、51102261)的资助和支持。相关论文发表于Adv. Mater., 2011, 23, 1330-1334(IF=13.877)及J. Mater. Chem.（2012.22.3549-35542012, 2012.22.18930-18938，2012.22.23411-23417）。