电化学会议报告2

TiO2-SnO2多层空心微球染料敏化太阳能电池

中国·长春2009年12月第十五次全国电化学会议背景介绍太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽、利用形式多样、成本低等优点，使其成为新能源研究的热点。能源与环境越来越受到广泛专注。随着传统化石能源的短缺，环境恶化，人们迫切需要寻求新的可再生能源。纳米晶氧化物半导体多孔膜高比表面高孔隙率高光利用率染料敏化纳米晶体太阳能电池DSSC1991年，GrätzelM.

提出染料敏化纳米晶体太阳能电池，以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，为利用太阳能提供了一条新的途径。O’ReganB.andGrätzelM.,Nature,1991,353,737光阳极设计光阳极材料：

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光电转换效率光阳极设计材料形貌及堆积结构：

优异的电子传输通道延长光的传播路径

纳米线纳米管光子晶体层微米颗粒散射层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.多层纳米复合微球？纳米——比表面微球——光散射壳层——电子传输我们的工作在水热条件下，自组装合成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.

介孔结构d=20nm多层空壳结构结构表征TiO2表面包覆abd涂覆10μm电极膜组装成电池c经包覆后，表面变粗糙XRD也证实TiO2包覆层的存在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多层微球的光电太阳能电池性能电池效率较常规方法提高30％。光电性能

I-V曲线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——光的吸收与转换不同尺寸球壳多次散射、吸收、透过光通路迂回、曲折提高光的收集率（LHE）电化学阻抗谱EISNyquist图Rct

电荷转移电阻Rct越小，界面电化学反应越易MHS＜P25＜nano20Ω27Ω29Ω电化学阻抗谱EISBode图τ

电子寿命

=1/(2πfmax)

f越小，τ越大，电荷复合反应越慢MHS＜nano＜P257Hz10Hz18Hz载流子传输模型——载流子的注入与传输传统纳米多孔膜：随机行走“randomwalk”多层空心微球：沿着球壳的取向优化电子传输路径：空穴传输路径：丰富的介孔结构，利于电解液的扩散和迁移多层纳米复合微球——高效、多功能的