據(jù)科學(xué)網(wǎng)報道，中科院上海硅酸鹽高性能陶瓷與超微結(jié)構(gòu)國家重點實驗室近期在染料敏化太陽能電池(DSSC)納米結(jié)構(gòu)光陽極方面取得了一系列新進展。由李效民研究員和高相東副研究員帶領(lǐng)的研究團隊研究出多種基于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。相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表在先進材料雜志。

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)，成功實現(xiàn)了TiO2納米管陣列在FTO導(dǎo)電基底上的直接生長；采用獨特的水熱粗化技術(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，可顯著增強光陽極對染料的負(fù)載量和對入射光的散射效果，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)基金項目的資助和支持。