電化學(xué)會(huì)議報(bào)告2

TiO2-SnO2多層空心微球染料敏化太陽(yáng)能電池

中國(guó)·長(zhǎng)春2009年12月第十五次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議背景介紹太陽(yáng)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(diǎn)，使其成為新能源研究的熱點(diǎn)。能源與環(huán)境越來(lái)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(dǎo)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(yáng)能電池DSSC1991年，Gr?tzelM.

提出染料敏化納米晶體太陽(yáng)能電池，以較低的成本得到了>7%的光電轉(zhuǎn)化效率，為利用太陽(yáng)能提供了一條新的途徑。O’ReganB.andGr?tzelM.,Nature,1991,353,737光陽(yáng)極設(shè)計(jì)光陽(yáng)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(zhuǎn)換效率光陽(yáng)極設(shè)計(jì)材料形貌及堆積結(jié)構(gòu)：

優(yōu)異的電子傳輸通道延長(zhǎng)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(fù)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(jié)構(gòu)d=20nm多層空殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)表征TiO2表面包覆abd涂覆10μm電極膜組裝成電池c經(jīng)包覆后，表面變粗糙XRD也證實(shí)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(yáng)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(zhuǎn)換不同尺寸球殼多次散射、吸收、透過(guò)光通路迂回、曲折提高光的收集率（LHE）電化學(xué)阻抗譜EISNyquist圖Rct

電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct越小，界面電化學(xué)反應(yīng)越易MHS＜P25＜nano20Ω27Ω29Ω電化學(xué)阻抗譜EISBode圖τ

電子壽命

=1/(2πfmax)

f越小，τ越大，電荷復(fù)合反應(yīng)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(jī)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(jié)構(gòu)，利于電解液的擴(kuò)散和遷移多層納米復(fù)合微球——高效、多功能的