新型纳米绒毯TiO2光阳极薄膜的低能量高密度He等离子体辐照制备及相关性能、机理研究

Dye-sensitized solar cell (DSSC) is one of the most promising candidates to the future solar cells due to its low cost and easy fabrication. Photoanode films is one of key components of DSSC and its nano-scaled design and modulation opens a door to improving photo-electric conversion efficiency of DSSC.In this proposal,through introducing new technology in the field of materials irradiation, we propose a novel research plan, namely, nano-fuzz blanket photoanode films modulated by high density-low energy He plasma irradiation, in order to obtain high conversion efficiency of DSSC.The mian research contents of our plan include: the fundamental experiment research of photoanode films iradiated by high density-low energy He plasma, the correlationship between photo-electric properties of DSSC and microstructure of nano-fuzz balnket photoanode films, and the microscopic growth mechanisms of nano-fuzz blanket photoanode films, etc.The aim of our research is to provide technological foundation and theoretical guidance for the application of nano-fuzz blanket photoanode films. Meanwhile, our research could contribute to understanding the microscopic mechanism of surface nano-structure induced by high density-low energy He plasma irradiation. It should be noted that, our research has novel idea and interdisciplinarity characteristic. If our proposal can be performed successfully, a novel nano-structured film and a practical nano-technology will be developed, which can be further transplanted in other application fields of nano-thin films.

染料敏化太阳能电池（DSSC）的低光电转换效率是限制其成为未来太阳能电池主流技术的瓶颈问题。光阳极薄膜作为DSSC核心组件之一，对其进行纳米化结构形貌调控是解决该难题的重要途径。本项目基于材料辐照研究的新成果，创新提出利用低能量高密度He等离子体辐照技术，调制纳米绒毯结构的光阳极薄膜，以期提升DSSC光电转换效率。据此，项目拟研究纳米绒毯TiO2光阳极薄膜的辐照调制/退火工艺、绒毯层形成演化机理，以及薄膜结构与其性能、电池性能相关性等若干基础问题。研究旨在为低能量高密度He等离子体辐照制备纳米毯光阳极薄膜的潜在应用提供技术探索与工艺基础、深化对离子辐照诱导材料纳米化的研究。值得强调的是，通过项目实施，有望开发一类新型的纳结构薄膜材料及一种实用的材料表面纳米化技术。

染料敏化太阳能电池（DSSC）的低光电转换效率是限制其成为未来第三代太阳能电池主流技术的关键瓶颈问题之一。其中，光阳极薄膜作为该电池的核心组件之一，对其进行结构形貌的辐照改性是解决该难题的重要途径之一。鉴于此，本项目开展了新型纳米绒毯TiO2光阳极薄膜的低能量高密度He离子辐照制备及相关性能、机理研究，提高了TiO2光阳极薄膜的性能及其电池光电转换效率、深化薄膜辐照改性研究、开发出一种新型的材料表面辐照改性技术。.本项目研究了TiO2光阳极薄膜的制备与辐照/退火工艺、结构与性能、薄膜表面纳米绒毯化辐照调制机理，以及电池性能等研究。同时，项目也将提出的辐照改性技术推广应用于其它薄膜材料体系，开展了多种氮化物、氧化物及金属薄膜的结构设计、辐照损伤机理等研究。.通过本项目实施，获得了若干具有代表性的研究进展，主要包括：（1）获得低能量高密度He等离子体辐照制备纳米绒毯TiO2光阳极薄膜的工艺窗口，掌握光阳极薄膜微结构与电池性能、辐照/退火工艺之间的协同关系及关联机制，开发出一种提升氧化物薄膜比表面积的辐照改性技术；（2）理解了He等离子体辐照诱导TiO2薄膜纳米绒毯化的结构改性机理，初步掌握了薄膜结构性能的退火修复与几何形貌热稳定性机制，并初步构建了相应理论模型，深化了离子辐照诱导表面纳米化的研究；（3）拓展研究了氧化物、氮化物及金属等薄膜材料的He离子与电子辐照结构改性技术，掌握了辐照工艺参数对薄膜结构、性能的影响规律及其作用机制，理解了薄膜辐照损伤机理。此外，在项目执行期内，在国内外刊物发表学术论文10篇，其中：SCI收录英文学术论文9篇，IF>3的学术论文2篇；申报了2项国家发明专利，其中：1项专利已获得授权；培养研究生3人；参加了多次国内外学术交流活动等。