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基本信息

項目名稱：
染料敏化太陽能電池的性能改進(jìn)研究
小類：
能源化工
簡介：
該作品報道了一系列染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)并對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際承認(rèn)的P25二氧化鈦薄膜陽極的短路電流和開路電壓大，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極；無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能電池，對電池進(jìn)行了光電化學(xué)性能測試，包括光電流-電壓曲線、電化學(xué)阻抗譜和開路電壓衰減曲線等。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)合陽極以及SnO2或ZnO與TiO2復(fù)合，可增加開路電壓；空心球二氧化鈦組裝薄膜比商品二氧化鈦涂敷薄膜陽極的短路電流和開路電壓大、光電轉(zhuǎn)換效率高。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

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

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

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)合薄膜光陽極和TiO2空心球光陽極； 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能電池，可改善電池的性能，如增大短路電流、開路電壓或光電轉(zhuǎn)換效率。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

染料敏化太陽能電池成本低、制作簡單、生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)保，有希望成為廣大范圍使用的太陽能電池。因其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)，目前國內(nèi)外還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的染料敏化太陽能電池的生產(chǎn)，實驗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極；無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能電池，對電池進(jìn)行了光電化學(xué)性能測試，包括光電流-電壓曲線、電化學(xué)阻抗譜和開路電壓衰減曲線等。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)合陽極以及SnO2或ZnO與TiO2復(fù)合，可增加開路電壓；空心球二氧化鈦組裝薄膜比商品二氧化鈦涂敷薄膜陽極的短路電流和開路電壓大、光電轉(zhuǎn)換效率高。

獲獎情況

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

鑒定結(jié)果

所獲獎項屬實

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

國際： 諾貝爾提名獎獲得者、歐洲科學(xué)院院士、染料敏化太陽能電池發(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能電池的“鼻祖”，對其工作原理、制備工藝進(jìn)行了深入的研究，并和相應(yīng)的企業(yè)進(jìn)行合作開發(fā)，在澳大利亞、日本、韓國等國家或地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)品試驗并在上海世博會設(shè)有DSSC的展示平臺。 國內(nèi)： 中國科學(xué)院等離子體物理研究所太陽能材料與工程研究室戴松元、長春應(yīng)用化學(xué)研究所的王鵬、大連理工大學(xué)精細(xì)化工實驗室孫立成、馬廷麗等人或團(tuán)隊對此課題進(jìn)行了長期系統(tǒng)的研究，在光陽極材料改性，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，格蘭澤爾介觀太陽能電池研究中心成立大會及第一屆介觀太陽能電池國際研討會（IMSC2010）在武漢光電國家實驗室舉行。大會由華中科技大學(xué)/武漢光電國家實驗室主辦，由格蘭澤爾介觀太陽能電池研究中心承辦。會議邀請到國內(nèi)外染料敏化太陽能電池領(lǐng)域著名學(xué)者及工業(yè)界專家等14名特邀嘉賓做大會報告。
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