纳米管基PC/SPR耦合光阳极的构筑及其协同增强光伏效应研究

基本信息
批准号:51502243
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:郭敏
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:杨文超,王博,任群,马为丹,崔强伟
关键词:
TiO2纳米管光子晶体光调控染料敏化太阳电池表面等离子体
结项摘要

Due to their synergetic effect of photonic crystal (PC) with surface plasmon resonance (SPR), PC/SPR coupling nano-architectures show a great potential for promoting light harvesting in optoelectronic devices. However, due to the limitation of conventional PC structures, how to design and construct high efficient PC/SPR coupling photoanode for dye-sensitized solar cell (DSSC) is still a big challenge. In this project, a new nanotube-based PC/SPR coupling photoanode, which is constructed by decoration of TiO2 nanotube PC scaffold with Au Nanoparticles (TiO2 NTPC/Au NPs photoanode), will be developed and employed to significantly enhance DSSC performance. By theoretical study, we expect to clarify the interaction laws of PC and SPR effect. The corresponding theoretical model of light control behavior and architecture design principles will be also developed. Meanwhile, efforts will be devoted to developing versatile fabrication technology of TiO2 NTPC/Au NPs photoanode with strong control ability of the structure and desired performance. The relationship between the fabrication process, the microstructure and optical characteristics of TiO2 NTPC/Au NPs photoanode, as well as the regulation strategies will be established. In addition, the mechanism of PC/SRP effects to synergistically enhance DSSC performance will be clarified by experimental and simulated methods. The proposed project will provide new ideas and guidance of the construct and application of synergistically enhanced PC/SPR coupling architectures for high efficient light management.

光子晶体/表面等离子体耦合结构可利用光子晶体(PC)和表面等离子体共振(SPR)效应实现光电器件光利用效率的协同增强。然而,高效染料敏化太阳能电池(DSSC) PC/SPR耦合光阳极的开发一直受传统PC结构所制约。本项目拟采用新颖TiO2纳米管光子晶体(NTPC)为骨架,修饰Au纳米颗粒(Au NPs),构筑基于纳米管的PC/SPR( TiO2 NTPC/ Au NPs)耦合光阳极,实现DSSC光伏效应协同增强。通过理论计算,揭示PC/SPR效应相互作用规律,建立PC/SPR耦合光阳极光调控理论模型与结构设计原则;通过研究制备工艺、微观结构与光学性能间的构效关系,实现TiO2 NTPC/Au NPs耦合光阳极的可控制备和性能调控;通过DSSC构筑表征及理论计算,阐明PC/SRP协同增强光伏效应机制。本项目的开展将为高效协同增强PC/SRP耦合光调控结构的实现与应用提供新的思路和科学依据。

项目摘要

针对高效染料敏化太阳能电池光子晶体/等离子体(PC/SPR)耦合光阳极的构筑和开发受传统PC结构制约问题,本项目采用独特的材料结构设计,以恒电流脉冲阳极氧化TiO2纳米管光子晶体为骨架,修饰Au纳米颗粒,构筑基于纳米管的PC/SPR( TiO2 NTPC/ Au NPs)耦合光阳极,实现染料敏化太阳能电池(DSSC)光伏效应协同增强。项目结合理论计算,揭示PC/SPR效应相互作用机制,明确了TiO2 NTPC/ Au NPs光阳极制备工艺、微观结构与其光学性能之间的构效关系;采用优化的TiO2 NTPC/ Au NPs耦合光阳极,显著提高了DSSC光收集效率,阐明了其PC/SRP协同增强光伏效应机制。同时,在此工作的基础上,提出了全新的基于等差数列变换的全方位宽带隙准周期TiO2 NT APC构筑策略,及高长径比TiO2(B) NT/ TiO2 NPs复合光阳极,进一步优化了DSSC光阳极光学调控效应和电子传输性能。本项目研究成果先后发表在包括Journal of Power Sources、Electrochimica Acta在内的国际能源与电化学著名SCI期刊,共计论文7篇,受邀国际学术会议报告1次,申请发明专利2项,其中已授权发明专利1项。项目的开展高效协同增强PC/SRP耦合光调控结构的实现与应用提供新的思路和科学依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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