中科院上海硅酸鹽高性能陶瓷與超微結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近期在DSSC納米結(jié)構(gòu)光陽極方面取得了一系列新進(jìn)展。由李效民研究員和高相東副研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)研究出多種基于TiO₂納米管陣列的有序光陽極和基于氣凝膠結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合光陽極材料。

基于課題組在氧化物納米結(jié)構(gòu)研究的多年積累，采用超長(zhǎng)ZnO納米線陣列為模板，結(jié)合可精確調(diào)控納米微結(jié)構(gòu)的連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)（SILAR）技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了TiO₂納米管陣列在FTO導(dǎo)電基底上的直接生長(zhǎng)；采用獨(dú)特的水熱粗化技術(shù)，顯著提高了納米管陣列的表面粗糙度、結(jié)晶性和染料負(fù)載量。所得TiO₂納米管陣列光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.74%，比無粗化納米管陣列提高30%。在此基礎(chǔ)上，課題組通過在ZnO納米柱表面連續(xù)沉積多層TiO₂、ZnO薄層，獲得了同軸、多壁TiO₂納米管光陽極，并可精確調(diào)控管壁的層數(shù)（1-6層）及厚度（5-15 nm）；通過生長(zhǎng)枝狀ZnO并構(gòu)建ZnO-TiO₂核殼結(jié)構(gòu)，制備出具有枝狀結(jié)構(gòu)的TiO₂納米管光陽極。

在氣凝膠復(fù)合光陽極方面，課題組采用具有超低密度（0.03g/cm³）和超高比表面積（1177m²/g）的SiO₂氣凝膠為模板，制備出SiO₂-TiO₂復(fù)合氣凝膠，再將其與傳統(tǒng)的TiO₂納米顆粒光陽極復(fù)合，得到了氣凝膠復(fù)合光陽極。與傳統(tǒng)納米顆粒光陽極相比，可顯著增強(qiáng)光陽極對(duì)染料的負(fù)載量和對(duì)入射光的散射效果，所得DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.4%，比傳統(tǒng)光陽極結(jié)構(gòu)提高16%。

上述工作為開發(fā)新一代具有可控微結(jié)構(gòu)及高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽能電池提供了有益思路。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：(51072214、51002174、51102261)的資助和支持。相關(guān)論文發(fā)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）。

超長(zhǎng)TiO₂納米管陣列的制備、形貌及電池性能

同軸、多壁TiO₂納米管陣列制備及微觀結(jié)構(gòu)

氣凝膠復(fù)合光陽極的制備、微觀結(jié)構(gòu)及電池性能