染料敏化太阳能电池光阳极结构的仿生设计与可控制备

染料敏化太阳能电池是当前研究热点之一，有着十分广阔的产业化前景，如何提高其光电转换效率是目前的研究重点也是研究难点，而其中光阳极则是影响光电转换性能的最主要因素之一，成为了技术发展的关键。本项目针对染料敏化太阳能电池光阳极结构性能要求，借鉴典型生物微纳结构的优异光吸收特性，系统深入研究其优异光吸收特性原理及与结构包括材料组织、微纳结构形态、特征尺度以及分布等特征参数的关系，采用分形自相似设计方法建立多因素约束光阳极性能结构模型，探讨其仿生设计及制备工艺，解决结构参数设计的优化问题，以及大面积微纳尺度结构制备的工艺耦合问题，实现光阳极结构的可控制备，从而为光阳极结构的设计与制备提供理论支持和技术手段，为提高染料敏化太阳能电池光电转换效率、推动太阳能技术的大规模应用提供新工艺、新方法。

能源危机以及太阳能的利用日益得到关注，而染料敏化太阳能电池自1991年开始逐渐成为了研究热点，但是其电解质等一系列问题一直没有很好解决。自2009年引入钙钛矿敏化剂后拉开了钙钛矿太阳能电池研究的序幕，短短几年时间内钙钛矿太阳能电池取得了突飞猛进发展，能量转换效率已超过了染料敏化太阳能电池等，成为了当前的研究热点。本项目结合课题组在微纳制造方向积累的丰富经验，搭建了相关的实验平台，前期围绕染料敏化太阳能电池的光阳极结构开展研究探索，制备出了超疏水宽波段抗反射硅基微纳结构、基于衍射光刻的微纳米结构、仿蝶翅的微纳米分级复合结构、基于金属催化辅助刻蚀的硅微米线、TiO2纳米棒复合结构、以及量子点敏化的Si/ZnO微米/纳米复合分级结构，并开展了上述结构在光解水制氢中的应用探索。后续逐渐调整研究内容，着力开展基于钙钛矿敏化的钙钛矿太阳能电池研究，成功制备出了低温工艺碳对电极钙钛矿太阳能电池，具有良好的稳定性，能有效驱动LED发光和小叶轮旋转。相关工作共发表SCI论文26篇，申请国家发明专利16项，授权6项，也为开发面向柔性电子的低温工艺微能源器件奠定了良好的基础。