基于原位电子显微学的太阳电池电极结构研究及其光电性质动态表征

本项目基于原位电子显微学技术，针对染料敏化太阳电池的光电化学过程主要集中在光阳极、电解质和对电极的接触界面并受其影响的客观事实，以电极材料界面接触为研究对象，采用具有皮米分辨的球差校正透射电子显微镜以及原位操纵手段实现纳米尺度下的电池原位构建，并结合激光可控辐照和光电转换原位测试技术，开展电池界面微结构与光电性质动态表征，对电极接触界面的形成过程，电子输运过程中界面处晶体结构变化情况及其对电池性能的影响进行实时监测。充分利用球差校正透射电子显微镜的高分辨以及原位操纵与光电转换原位测试相结合的技术手段，从原子尺度层面探索界面接触演化行为和界面微结构对电池性能的影响规律，解决电池器件中的关键基础科学问题；同时借助于原位测试技术，开展电池电极材料、结构及其他构成要素的优化研究，对解决电池可靠性和研发高效电池具有重要的指导意义。

透射电镜已经成为高校和科研机构必不可少的表征手段，尤其在物理、材料、化学、半导体等领域相当普及，用于物质的微观形貌、晶体结构表征。近年来，已经不再局限于观察固定的样品，而是发明了可以原位操纵样品的力、电样品杆，测试纳米材料的力学、电学特性，并结合样品的微观形貌、晶体结构研究，可以获悉物质更为丰富的材料特性。然而，目前光学和电学双功能测试的样品杆仍未问世，阻碍了对现有诸多材料光电特性的基础科学认识。. 针对这一现状，本项目在理解国外进口电学测试样品杆的电路设计和电极结构的基础上，对其进行改造，使其成为能够同时测试光-电特性的透射电镜样品杆。具体包括：(1) 完成多电极设计与改造。拓展原有样品杆的电路，采用蓝宝石基底作为发光LED载体，并利用银胶在关键部件上精细焊接LED芯片，引入了不同波长的微型LED发光芯片作为光源；(2) 光学性能测试电路搭建与精度提高。利用多电极引出外电路，设计转接屏蔽盒，并利用实验室原有资源，实现纳米尺度下微弱光致激发电流的采集。(3)设计并制作了不同波长LED的驱动电源。该电源分为软件和硬件两部分，功能和性能远优于干电池和市面上的一般电源，相同情况下大大提高了透射电镜的成像质量。. 透射电镜的光-电双功能原位测试样品杆的实现不仅能够提升我国现有透射电镜的科研能力，而且可以藉此尖端设备开展原创性前沿科学研究，探索纳米甚至皮米尺度下的物质奇异光电特性。