合肥研究院等獲得形貌和結構可控的新型分級結構亞微米球

　　近日，中國科學院合肥物質科學研究院應用技術研究所新能源中心研究員胡林華課題組和華北電力大學教授戴松元團隊合作，在太陽電池用納米材料研究中獲 得新進展，獲得了宏量合成結構和形貌可控的分級結構亞微米球方法。該進展在willy旗下Materials Views網站作為重要進展重點推薦。

　 　針對現(xiàn)階段分級結構微米球仍存在的微結構調控方面難題，特別是微米球內孔徑調控和微米球中顆粒尺寸及吸附能力之間的矛盾問題，應用技術所科研人員經過持 續(xù)研究，取得了重要進展。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節(jié)微米球的直徑和形貌，通過調節(jié)氨水 的添加量和工藝調控微米球內孔徑分布及納米顆粒的結晶性。最為突出的是，他們克服了現(xiàn)有為了增加微米球內孔徑尺寸，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，微米球內平均孔徑直徑由10納米提高到 16納米以上，從而可實現(xiàn)整個微米球內染料分子全吸附和電解質快速擴散，這一結論也得到了透射電鏡元素分布譜圖的確定?；谠摲N結構的亞微米球DSSCs 光電轉換效率達到了11.67%。相關研究結果發(fā)表在Willy旗下《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上。

　　該種新型分級結構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用，還在其他類的新型太陽電池如量子點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教授報道基于納米TiO₂多 孔結構獲得7.1%的光電轉換效率以來，因其制作工藝簡單、低成本及環(huán)境友好等特點引起國內外廣大科研工作者的興趣，目前最高效率已達12.3%。納米材 料作為影響該種電池性能關鍵因素之一，相關研究一直備受重視。納米多孔薄膜作為該種電池光陽極除應具有較高的比表面積、較大的孔徑尺寸和孔隙率之外，還應 能有效地散射可見光及并能形成電子快速傳輸?shù)耐ǖ馈Ｄ壳邦w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低不利于吸附染料分子，此外，單個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構微米球有望能解決以上問題。

　　該項研究獲得了國家重點基礎研究發(fā)展計劃項目的支持。

TiO₂亞微米球形貌圖及對應太陽電池電流-電壓曲線