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基本信息

項(xiàng)目名稱：
染料敏化太陽(yáng)能電池的性能改進(jìn)研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
該作品報(bào)道了一系列染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)并對(duì)制備的電池性能比較研究，發(fā)現(xiàn)自行改進(jìn)制備出的空心球二氧化鈦封裝薄膜比商品化的國(guó)際承認(rèn)的P25二氧化鈦薄膜陽(yáng)極的短路電流和開(kāi)路電壓大，光電轉(zhuǎn)換率高，有著良好的應(yīng)用前景，在技術(shù)上的創(chuàng)新性突出。
詳細(xì)介紹：
探索了幾種改善染料敏化太陽(yáng)能電池性能的方法，包括：TiO2/ZnO等n-n型和TiO2/NiO n-p型復(fù)合半導(dǎo)體氧化物納晶多孔薄膜光陽(yáng)極；無(wú)皂乳液聚合法制備聚苯乙烯微球（PS），以PS膠體晶體為模板，制備反蛋白結(jié)構(gòu)的SnO2/TiO2復(fù)合薄膜和TiO2空心球薄膜光陽(yáng)極；自組裝法制備鉑納米粒子薄膜作陰極等。用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等方法對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征。將上述電極成功組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池，對(duì)電池進(jìn)行了光電化學(xué)性能測(cè)試，包括光電流-電壓曲線、電化學(xué)阻抗譜和開(kāi)路電壓衰減曲線等。結(jié)果表明：自組裝鉑薄膜比熱解鉑膜的催化性能和導(dǎo)電性能好；TiO2/NiO n-p型復(fù)合陽(yáng)極以及SnO2或ZnO與TiO2復(fù)合，可增加開(kāi)路電壓；空心球二氧化鈦組裝薄膜比商品二氧化鈦涂敷薄膜陽(yáng)極的短路電流和開(kāi)路電壓大、光電轉(zhuǎn)換效率高。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：對(duì)改善染料敏化太陽(yáng)能電池性能的不同方法進(jìn)行探討,為染料敏化太陽(yáng)能電池的工業(yè)生產(chǎn)提供實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 基本思路：改進(jìn)染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極和陰極的制備。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1. 合成聚苯乙烯球模板，組裝和制備反蛋白結(jié)構(gòu)的SnO2/TiO2復(fù)合薄膜光陽(yáng)極和TiO2空心球光陽(yáng)極； 2．利用自組裝法制備了鉑納米粒子薄膜陰極； 3．制備TiO2/ZnO n-n型和TiO2/NiO n-p型復(fù)合氧化物半導(dǎo)體納晶多孔薄膜； 4. 用上述方法制備的電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池，可改善電池的性能，如增大短路電流、開(kāi)路電壓或光電轉(zhuǎn)換效率。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

染料敏化太陽(yáng)能電池成本低、制作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)保，有希望成為廣大范圍使用的太陽(yáng)能電池。因其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的染料敏化太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室的研究和性能改進(jìn)，可為工業(yè)生產(chǎn)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有重要意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

探索了幾種改善染料敏化太陽(yáng)能電池性能的方法，包括：TiO2/ZnO等n-n型和TiO2/NiO n-p型復(fù)合半導(dǎo)體氧化物納晶多孔薄膜光陽(yáng)極；無(wú)皂乳液聚合法制備聚苯乙烯微球（PS），以PS膠體晶體為模板，制備反蛋白結(jié)構(gòu)的SnO2/TiO2復(fù)合薄膜和TiO2空心球薄膜光陽(yáng)極；自組裝法制備鉑納米粒子薄膜作陰極等。用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等方法對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征。將上述電極成功組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池，對(duì)電池進(jìn)行了光電化學(xué)性能測(cè)試，包括光電流-電壓曲線、電化學(xué)阻抗譜和開(kāi)路電壓衰減曲線等。結(jié)果表明：自組裝鉑薄膜比熱解鉑膜的催化性能和導(dǎo)電性能好；TiO2/NiO n-p型復(fù)合陽(yáng)極以及SnO2或ZnO與TiO2復(fù)合，可增加開(kāi)路電壓；空心球二氧化鈦組裝薄膜比商品二氧化鈦涂敷薄膜陽(yáng)極的短路電流和開(kāi)路電壓大、光電轉(zhuǎn)換效率高。

獲獎(jiǎng)情況

作品在2010年由湖南省化學(xué)化工學(xué)會(huì)舉辦的第二屆湖南省大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競(jìng)賽中獲特等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

所獲獎(jiǎng)項(xiàng)屬實(shí)

參考文獻(xiàn)

[1] B. O'Regan, M. Gr?tzel. A low cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films[J]. Nat. 1991, 353(6346): 737-740. [2] X. Hongtu , N. Yuehui, L. Jiaqi, et al. The structural and optical properties of ZnO nanospheres synthesized via solvothermal method[J]. Chin. J. Lumis. 2008, 29(3): 513-518.. [3] J. Bandara, U.W. Pradeep, R.G.S.J. Bandara. The role of n–p junction electrodes minimizing the charge recombination and enhancement of photocurrent and photovoltage in dye sensitized solar cells[J]. J. Photochem. and Photobio. A: Chem. 2005, 170: 273–278. [4] M. Law, L.E. Greene, A. Radenovic, et al. ZnO-Al2O3 and ZnO-TiO2 core-shell nanowire dye-sensitized solar cells [J]. J. Phys. Chem. B, 2006, 110: 22652-22663. [5] Q.B. Meng, C.H. Fu, Y. Einaga, et al. Assembly of highly ordered three-dimensional porous structure with nanocrystalline TiO2 semiconductors[J]. Chem. Master. 2002, 14(01): 83-88.

同類課題研究水平概述

國(guó)際： 諾貝爾提名獎(jiǎng)獲得者、歐洲科學(xué)院院士、染料敏化太陽(yáng)能電池發(fā)明人、瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)邁克爾?格蘭澤爾教授等人作為染料敏化太陽(yáng)能電池的“鼻祖”，對(duì)其工作原理、制備工藝進(jìn)行了深入的研究，并和相應(yīng)的企業(yè)進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)，在澳大利亞、日本、韓國(guó)等國(guó)家或地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)并在上海世博會(huì)設(shè)有DSSC的展示平臺(tái)。 國(guó)內(nèi)： 中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所太陽(yáng)能材料與工程研究室戴松元、長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的王鵬、大連理工大學(xué)精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)室孫立成、馬廷麗等人或團(tuán)隊(duì)對(duì)此課題進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)的研究，在光陽(yáng)極材料改性，不同材料和種類光陰極的制作，聚合物和凝膠電解質(zhì)及電池的機(jī)理研究取得了相應(yīng)的進(jìn)展。 2010年7月19日至20日，格蘭澤爾介觀太陽(yáng)能電池研究中心成立大會(huì)及第一屆介觀太陽(yáng)能電池國(guó)際研討會(huì)（IMSC2010）在武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室舉行。大會(huì)由華中科技大學(xué)/武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主辦，由格蘭澤爾介觀太陽(yáng)能電池研究中心承辦。會(huì)議邀請(qǐng)到國(guó)內(nèi)外染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域著名學(xué)者及工業(yè)界專家等14名特邀嘉賓做大會(huì)報(bào)告。
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