复合敏化光电极的微纳结构调控及其光电转换应用研究

染料敏化太阳电池是一类基于光电化学原理的非硅薄膜太阳电池，受到物理、化学、材料等学科研究者的重视。目前继续完善电池的材料、结构，进一步提高电池效率、提高电池的稳定性和寿命、实现电池的大面积化等是亟待解决的关键问题。由于光电极、敏化染料是该电池中的核心单元，借鉴准一维微纳米结构有利于提高沿轴向光吸收同时提高沿径向载流子分离率的特点，利用喇叭、圆锥结构中尖端效应对电子起到的收集调控作用，本申请项目探索将设计的准一维微纳米结构（纳米喇叭、纳米圆锥等）引入该电池的半导体薄膜光电极，并对该准一维结构的表面进行微纳粗糙化，并设计合成同时含有能量吸收天线和供电子基团的双染料分子作为染料敏化剂，封装制作电池，研究准一维纳米结构与双染料分子之间的协同工作机理，探索提高染料敏化太阳电池光电转换效率与稳定性的新途径。

本项目主要针对染料敏化太阳电池（DSSC）和近年来快速发展的钙钛矿太阳电池中光电极的微纳结构调控开展工作。在利用ITO@α-Fe2O3 核壳纳米线阵列结构提高光电极的光电化学分解水性能、紫外辐照诱导TiO2纳米片表面重构并将其应用于染料敏化太阳电池光电极、原位法制备具有宽光谱透过率和高电导率的金属钠米线网络柔性透明电极、多孔固-电解液体相异质结（光电极）中高效电荷分离效率的定量分析及可视化证据研究、染料敏化太阳电池中对电极极限性能的研究、基于溶剂熏蒸诱导修复的CH3NH3PbI3薄膜及其在高性能钙钛矿太阳电池的应用等多个方面取得重要进展和成果。在ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS、ADVANCED ENERGY MATERIALS、ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION、ACS NANO、APPLIED PHYSICS LETTERS、NANOSCALE等国际重要学术刊物发表论文27篇（均标注11174129资助项目号），截至项目结题，论文总他引296次。申请国家发明专利1项，获得国家发明专利授权1项。培养博士研究生11名（6名获得博士学位），培养硕士研究生10名（6名获得硕士学位）。包春雄同学的硕士论文“提高染料敏化太阳电池对电极的极限性能的研究”（指导教师于涛教授）荣获江苏省2014年度优秀专业学位硕士论文（共100篇）。项目负责人于涛教授获2012年度江苏省科学技术奖一等奖（第三完成人）和2014年度国家自然科学奖二等奖（第三完成人）。