DSSCs阳极散射层用Magneli相TiOx反opals制备及电池高效光电转换机理

批准号:
51474014
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
张辉
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
马玉涛、刘莲云、张智、徐骁龙、钟秀娟
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中文摘要
DSSCs阳极材料选择和微结构设计是提高电池光收集效率、电荷传输性能以及电池光伏性能的关键。本项目提出使用Magneli相TiOx作阳极材料,并制备用于散射层的TiOx反opals。研究中使用物理化学原理和方法,选择工艺条件及控制因素,合成出TiO2纳米粉,然后通过气氛和条件选择,氢还原TiO2并研究还原反应动力学,制备出纳米Magneli相TiOx粉;通过共组装法在阳极TiOx纳米膜上一步制备出TiOx复合opals,去除模板后获得高比表面积、高电荷输运效率和光收集效率的TiOx反opals光阳极。利用XPS、TEM、光谱术和光电化学等方法研究双层阳极与材料的微观结构、孔结构及表/界面性能,材料表面与染料/电解质间相互作用,电性能与光性能(光带隙),从而揭示电池电子传输和光收集效率以及最终光电转换效率提高的机制。为制备出高效Magneli相TiOx基DSSCs,提供理论和实践基础。
英文摘要
The materials selection and microstructure design for anode of DSSCs is the key to improve the light harvesting and charge transfer efficiencies and the photovoltaic performance of DSSCs. In this proposal, Magneli phase TiOx will be used as anode materials, and Magneli phase TiOx inverse opals as light scattering layer for anode will be prepared as well. Applying the principles and methods of physical chemistry, selecting process conditions and its controlling factors, TiO2 nanopowder will be synthesized. Then TiO2 nanopowder is reduced by hydrogen under certain atmosphere and process parameters, obtaining Magneli phase TiOx nanopowder, and the reduction reaction kinetics will be investigated too. Next the opals filled with TiOx are fabricated on the TiOx nanocrystalline film?coated anode by one?step co?assembly technique. After opals template is removed, an anode with TiOx inverse opals as light scattering layer will be obtained, possessing high specific surface and high light harvesting and charge transfer efficiencies. Using technologies, for example, XPS, TEM, spectroscopies, photoelectrochemical methods, etc., microstructures, porous structure, surface/interfacial properties, interactions between surface of materials and dye/electrolyte molecules, and electrical properties and optical properties (photonic band gap) of bilayer anode and used materials, can be studied. Consequently the mechanisms of enhances on the charge injection and transfer,light harvesting, and ultimate energy conversion efficiencies will be able to be discussed. Above researches will lay the theoretical and practical foundations for the fabrication of Magneli phase TiOx based DSSCs with high energy conversion efficiency.
光阳极和对电极材料选择及微结构设计是提高染料敏化太阳能电池(DSSCs)光收集效率、电荷输运性能以及电池最终效率的关键。Magneli相材料(TiOx、WOx、MoOx)具有优异的导电性能和电化学性能,化学性质稳定,带隙窄,光吸收性能好,即适宜用作DSSCs阳极材料也适宜用作对电极材料。本课题分别使用TiOx和SnO2作阳极材料,WO18O49基和Mo4O11纳米材料作对电极制备DSSCs,并分析其性能。主要研究内容如下:(1)不同形貌TiOx基材料制备,使用模板法制备TiOx反opals及其DSSCs;雾化反应法制备多级孔SnO2微球及其DSSCs。(2)不同形貌WOx基材料和高纯Mo4O11材料制备及其DSSCs。(3)预开展Al2O3包覆WO18O49纳米棒制备及其WO18O49纳米棒基全无机钙钛矿太阳能电池制备研究。本课题获得如下重要结果:(1)制备出TiOx反Opals结构、一维TiOx阵列、Ti4O7/Sn5O6复合材料以及高纯Mo4O11(98.5%)材料;(2)TiOx反Opals的DSSCs效率为2.5%;Ti4O7/Sn5O6复合材料以及高纯Mo4O11材料分别在近红外波段和可见光波段显示出强光吸收;(3)制备出高长径比W18O49和Pt/W18O49纳米棒,首次报道WOx三维有序大孔结构制备;W18O49和Pt/W18O49纳米棒作对电极的DSSCs效率分别为5.35%和5.68%,Mo4O11对电极的电池效率为0.82%;(4)预开展制备出Al2O3包覆WO18O49纳米棒,并初步获得WO18O49纳米棒对电极全无机钙钛矿太阳能电池效率1.34%。以上创新性成果均未见报道,为制备出高效、稳定的TiOx基DSSCs提供理论和实验基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
W18O49 nanorods: Controlled preparation, structural refinement, and electric conductivity
W18O49 纳米棒:受控制备、结构细化和导电性
DOI:10.1016/j.cplett.2018.06.002
发表时间:2018-08
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Ji Zhang;Hui Zhang;Lianyun Liu;Fan Li
通讯作者:Fan Li
Enhanced activity, durability and anti-poisoning property of Pt/W18O49 for methanol oxidation with a sub-stoichiometric tungsten oxide W18O49 support
亚化学计量氧化钨 W18O49 载体增强了 Pt/W18O49 甲醇氧化活性、耐久性和抗中毒性能
DOI:10.1039/c4ta04220d
发表时间:2014-11
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Fan Li;Hongyu Gong;Yan Wang;Hui Zhang;Yizhi Wang;Shengnan Liu;Shuo Wang;Chunwen Sun
通讯作者:Chunwen Sun
A simple spray reaction synthesis and characterization of hierarchically porous SnO2 microspheres for an enhanced dye sensitized solar cell
用于增强型染料敏化太阳能电池的分级多孔 SnO2 微球的简单喷雾反应合成和表征
DOI:10.1039/c6ra27235e
发表时间:2017-02
期刊:Rsc Advances
影响因子:3.9
作者:Zhang Hui;Wu Rong;Xu Hong;Li Fan;Wang Shuo;Wang Jinshu;Zhang Tingting
通讯作者:Zhang Tingting
DOI:10.4028/www.scientific.net/msf.848.505
发表时间:2016-03
期刊:Materials Science Forum
影响因子:--
作者:Lianyun Liu;Tingting Zhang;Hui Zhang;Xiaxia Bai;Stefano Polizzi
通讯作者:Stefano Polizzi
DOI:10.4028/www.scientific.net/kem.726.360
发表时间:2017-01
期刊:Key Engineering Materials
影响因子:--
作者:Shuo Wang;Xiaoqiong Bai;Hui Zhang
通讯作者:Shuo Wang;Xiaoqiong Bai;Hui Zhang
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