锂掺杂氧化锌改善染料敏化纳米晶太阳能电池性能机理的研究

本课题是针对ZnO与染料反应生成Zn2+/染料聚合物，从而降低ZnO基染料敏化太阳能电池光电转化率这一制约ZnO基电池发展瓶颈问题开展研究。课题组在前期研究发现Li+掺杂可显著降低ZnO与染料反应，从而使ZnO基电池光电转化率提高44%。本项目在前期研究基础上，首次将Li+掺杂改性ZnO粉应用到太阳能电池中。采用低温湿化学方法对ZnO粉进行掺杂改性，进而再将掺杂粉制备ZnO基电池，主要研究掺杂工艺条件（掺杂量、煅烧温度和ZnO显微结构等）对ZnO基电池性能的影响。运用固体物理和固体化学等知识分析掺杂改性粉与染料作用，为ZnO基电池染料的合成和选用指明方向；从掺杂改性对ZnO晶体结构、界面状态和能级结构的影响、掺杂改性对ZnO与染料相互作用、掺杂改性对光阳极显微结构的影响、掺杂改性对光电传输的影响等四个方面去揭示Li+掺杂改性对电池性能的影响机理，为高效率ZnO基染料电池的研究探索新的方向。

锂掺杂氧化锌改善染料敏化纳米晶太阳能电池性能机理的研究” （项目批准号：51102122）获资助经费25万元。项目负责人王艳香教授。本项目主要研究了锂掺杂对ZnO粉及染料敏化太阳能电池性能的影响。首先，采用低温湿化学方法制备五种不同形貌ZnO粉，分别是醇热回流法制备了多级结构由纳米粒组成的ZnO微球、ZnO纳米粒和ZnO纳米棒；超声辅助沉淀法制备了具有多级结构由纳米片组成的ZnO微花；化学浴沉积法制备了具有多级结构由纳米片组成ZnO微球。主要研究Li+掺杂量对五种不同形貌ZnO粉及其组成的电池性能的影响，并且研究了膜浸染料前后显微结构的变化。采用SEM，XRD和XPS等手段对合成的ZnO粉进行表征，测试了电池的IV、EIS、IMPS、IMVS和Mott-Schottky等。研究结果表明五种不同形貌的粉掺杂6at%Li+均会使电池的性能提高。Li+提高电池性能的原因主要有：Li+掺杂后改变了ZnO粉颗粒大小和粒度分布，掺杂改性改变了ZnO粉的能级结构，使电池的开路电压提高，掺杂改性抑制了ZnO粉与染料的反应从而使光电电子传输时间长同时光生电子与电解液复合的阻抗增大，因而增加了电池的光电转化率。.已在国内外期刊发表相关研究论文4篇，其中SCI收录1篇、EI收录4篇，申请专利1项。培养硕士研究生4名。项目研究达到了预期研究目标。