近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所新能源中心研究員胡林華課題組和華北電力大學(xué)教授戴松元團(tuán)隊(duì)合作，在太陽電池用納米材料研究中獲 得新進(jìn)展，獲得了宏量合成結(jié)構(gòu)和形貌可控的分級結(jié)構(gòu)亞微米球方法。該進(jìn)展在willy旗下Materials Views網(wǎng)站作為重要進(jìn)展重點(diǎn)推薦。

　 　針對現(xiàn)階段分級結(jié)構(gòu)微米球仍存在的微結(jié)構(gòu)調(diào)控方面難題，特別是微米球內(nèi)孔徑調(diào)控和微米球中顆粒尺寸及吸附能力之間的矛盾問題，應(yīng)用技術(shù)所科研人員經(jīng)過持 續(xù)研究，取得了重要進(jìn)展。他們在微米球制作過程中不需要借助模板劑的條件下，簡單地通過控制乙醇和去離子水的摩爾比調(diào)節(jié)微米球的直徑和形貌，通過調(diào)節(jié)氨水 的添加量和工藝調(diào)控微米球內(nèi)孔徑分布及納米顆粒的結(jié)晶性。最為突出的是，他們克服了現(xiàn)有為了增加微米球內(nèi)孔徑尺寸，不可避免地“犧牲”微米球比表面積，繼 而降低染料吸附能力的難題，可將基于微米球的多孔薄膜比表面積控制在110m²/g以上，微米球內(nèi)平均孔徑直徑由10納米提高到 16納米以上，從而可實(shí)現(xiàn)整個(gè)微米球內(nèi)染料分子全吸附和電解質(zhì)快速擴(kuò)散，這一結(jié)論也得到了透射電鏡元素分布譜圖的確定?；谠摲N結(jié)構(gòu)的亞微米球DSSCs 光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了11.67%。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Willy旗下《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上。

　　該種新型分級結(jié)構(gòu)亞微米球不僅在高效染料敏化太陽電池上取得了很好的應(yīng)用，還在其他類的新型太陽電池如量子點(diǎn)和鈣鈦礦太陽電池中都能有很好的表現(xiàn)。

　　染料敏化太陽電池（DSSCs）自從1991年Grätzel教授報(bào)道基于納米TiO₂多 孔結(jié)構(gòu)獲得7.1%的光電轉(zhuǎn)換效率以來，因其制作工藝簡單、低成本及環(huán)境友好等特點(diǎn)引起國內(nèi)外廣大科研工作者的興趣，目前最高效率已達(dá)12.3%。納米材 料作為影響該種電池性能關(guān)鍵因素之一，相關(guān)研究一直備受重視。納米多孔薄膜作為該種電池光陽極除應(yīng)具有較高的比表面積、較大的孔徑尺寸和孔隙率之外，還應(yīng) 能有效地散射可見光及并能形成電子快速傳輸?shù)耐ǖ?。目前顆粒尺寸為25納米的納米TiO₂與400納米大顆粒組合形成的多孔薄膜光 陽極在一定程度上提高了電池對光的利用率，但受限于大顆粒的比表面積及吸附位點(diǎn)低不利于吸附染料分子，此外，單個(gè)納米顆粒與顆粒之間的大量晶界同樣地阻滯 了光生電子在光陽極內(nèi)的快速傳輸，不利于光生電子的收集。近幾年來，由納米顆粒組成的新型分級結(jié)構(gòu)微米球有望能解決以上問題。

　　該項(xiàng)研究獲得了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

TiO₂亞微米球形貌圖及對應(yīng)太陽電池電流-電壓曲線