電化學會議報告2

TiO2-SnO2多層空心微球染料敏化太陽能電池

中國·長春2009年12月第十五次全國電化學會議背景介紹太陽能具有清潔、使用安全、取之不盡、利用形式多樣、成本低等優(yōu)點，使其成為新能源研究的熱點。能源與環(huán)境越來越受到廣泛專注。隨著傳統(tǒng)化石能源的短缺，環(huán)境惡化，人們迫切需要尋求新的可再生能源。納米晶氧化物半導體多孔膜高比表面高孔隙率高光利用率染料敏化納米晶體太陽能電池DSSC1991年，Gr?tzelM.

提出染料敏化納米晶體太陽能電池，以較低的成本得到了>7%的光電轉化效率，為利用太陽能提供了一條新的途徑。O’ReganB.andGr?tzelM.,Nature,1991,353,737光陽極設計光陽極材料：

TiO2、SnO2、ZnO、SnO2@TiO2、SnO2@ZnO

TiO2Eg=3.2evμ=1cm2v-1s-1

SnO2Eg=3.6evμ=200cm2v-1s-1TiO2η=11%SnO2

η=1%SnO2@TiO2

η=4%Kay,A.;Gratzel,M.Chem.Mater.

2002,14,2930-2935.Fukai,Y.;Kondo,Y.;Mori,S.;Suzuki,E.Electrochem.Commun.

2007,9,1439-1443光電轉換效率光陽極設計材料形貌及堆積結構：

優(yōu)異的電子傳輸通道延長光的傳播路徑

納米線納米管光子晶體層微米顆粒散射層SuzushiNishimura,NealAbrams,etal.J.

Am.Chem.Soc.2003,125,6306.M.Law,L.E.Greene,J.C.Johnson,etal.Nat.Mater.

2005,4,455.GopalK.Mor,KarthikShankar,etal.NanoLett.2006,2,215.多層納米復合微球？納米——比表面微球——光散射殼層——電子傳輸我們的工作在水熱條件下，自組裝合成MultilayeredSnO2

Nano-embossedHollowmicrospheres1－3μm的微球晶粒尺寸15nmH.X.Yang,J.F.Qian,Z.X.Chen,X.P.AiandY.L.Cao,J.Phys.Chem.C,2007,111,14067.

介孔結構d=20nm多層空殼結構結構表征TiO2表面包覆abd涂覆10μm電極膜組裝成電池c經包覆后，表面變粗糙XRD也證實TiO2包覆層的存在FilmAdsorbeddye[10-7molcm-2]Jsc

[mAcm-2]Voc

[V]FF

[%]η[%]TiO2-MHSSnO21.08614.60.6640.5835.65TiO2(P25)1.15411.070.6970.6665.14TiO2-nano-SnO20.93610.30.6650.6174.22SnO2多層微球的光電太陽能電池性能電池效率較常規(guī)方法提高30％。光電性能

I-V曲線J.F.Qian,P.Liu,Y.Xiao,Y.Jiang,Y.L.Cao,X.P.AiandH.X.Yang,Adv.Mater.,2009,21,3663-3667.多重光散射模型——光的吸收與轉換不同尺寸球殼多次散射、吸收、透過光通路迂回、曲折提高光的收集率（LHE）電化學阻抗譜EISNyquist圖Rct

電荷轉移電阻Rct越小，界面電化學反應越易MHS＜P25＜nano20Ω27Ω29Ω電化學阻抗譜EISBode圖τ

電子壽命

=1/(2πfmax)

f越小，τ越大，電荷復合反應越慢MHS＜nano＜P257Hz10Hz18Hz載流子傳輸模型——載流子的注入與傳輸傳統(tǒng)納米多孔膜：隨機行走“randomwalk”多層空心微球：沿著球殼的取向優(yōu)化電子傳輸路徑：空穴傳輸路徑：豐富的介孔結構，利于電解液的擴散和遷移多層納米復合微球——高效、多功能的