基于质粒DNA的复合结构组装及其提高染料敏化太阳能电池光电转换效率机制

In this project, the nanocomposites will be designed and synthesized to improve the photoelectron production efficiency of DSSCs based on plasmid DNA as bioscaffold. The based pairs of plasmid vary from 2 Kb to 10 Kb (2 Kb, 4 Kb, 6 Kb, 8 Kb and 10 Kb). Semiconducting nanocrystals (TiO2) and metallic nanoparticles (M: Au, Ag) will be assembled on the surface of single-wall carbon nanotube(SWNTs) forming SWNTs@TiO2, and SWNTs@(TiO2/M) nanocomposites. The role of plasmid DNA in the synthesis process of the SWNTs@TiO2 and SWNTs@(TiO2/M) nanocomposites will be studied. The photoelectric conversion efficiency of DSSCs fabricated with SWNTs@(TiO2/M) nanocomposites and SWNTs/TiO2/M mixtures will be compared. The improvement mechanism of the SWNTs@(TiO2/M) nanocomposites on the efficiency of DSSCs will be discussed. This work will provide the scientific basis for designing and manufacturing of high-performance DSSCs and other photoelectric conversion devices.

本项目将设计制备用于同时提高DSSCs光阳极中电子产率和传递速率的纳米复合结构，基于不同碱基对数（2 Kb、4 Kb、6 Kb、8 Kb和10 Kb）的质粒DNA在单壁碳纳米（SWNTs）表面组装TiO2纳米晶和贵金属（M：Au、Ag）纳米粒子形成SWNTs@TiO2和SWNTs@(TiO2/M)纳米复合结构，研究质粒DNA在组装SWNTs@TiO2和SWNTs@(TiO2/M)纳米复合结构形成过程中的作用，分析SWNTs@(TiO2/M)纳米复合结构与SWNTs/TiO2/M简单混合物对DSSCs光电转换效率影响的不同，阐明质粒DNA组装纳米复合结构对DSSCs光电转换效率的增强机制，为高性能DSSCs和其它光电转换器件的设计和制造提供科学依据。

光伏器件的性能能够通过提高光能利用率和电荷收集效率来提高，本项目设计并制备了用于同时提高DSSCs光阳极中电子产率和传递速率的纳米复合结构。基于不同碱基对数（2kb、4kb、6kb、8kb和10kb）的质粒DNA在单壁碳纳米（SWNTs）表面组装TiO2纳米晶和贵金属（M：Au、Ag）纳米粒子形成SWNTs@TiO2和SWNTs@(TiO2/M)纳米复合结构，将复合结构作为光阳级组装了电池，得到了高效DSSCs。在组装复合结构过程中质粒DNA不仅作为SWNTs分散剂，还作为牺牲模板控制TiO2纳米晶和贵金属纳米粒子的沉积。采用IPCE及EIS详细分析了SWNTs@(TiO2/M)纳米复合结构与SWNTs/TiO2/M简单混合物对DSSCs光谱响应及电子传输、收集效率的不同，阐明质粒DNA组装的纳米复合结构由于其规则的形貌和特定的包覆结构对DSSCs光电转换效率的增强机制，为高性能DSSCs和其它光电转换器件的设计和制造提供科学依据。