二氧化钛纳米棒阵列光阳极薄膜在火焰场中的原位诱导生长及机理研究

光激发电子的迁移是影响染料敏化太阳能电池器件性能的关键因素之一,一维纳米结构具有高电子迁移率的特性。本项目提出在平板火焰中借助高价离子掺杂，原位诱导晶体取向生长，实现二氧化钛单晶纳米棒阵列薄膜的可控合成，形成电子的快速传输通道，并基于掺杂对二氧化钛能带结构的调制，获得高开路电压、光电转换效率优异的太阳能电池器件。重点研究火焰燃烧过程中的热质传递和化学反应特征，建立二氧化钛阵列薄膜的微结构特征与燃烧反应器结构、火焰温度场和浓度场、停留时间分布等之间的联系，提出阵列薄膜的生长机理；通过研究电子在二氧化钛阵列中的迁移和传输机制，为薄膜微结构调控和光电性能优化奠定理论基础。

染料敏化太阳能电池（Dye sensitized solar cells，DSCs）不但制作工艺简单，而且具有成本低和环境友好的突出优点，引起了国内外学者的广泛关注。光阳极是DSCs的核心部分之一，不仅是染料的吸附载体，而且承担着传输电子的作用。纳米二氧化钛（Titanium dioxide, TiO2）最早被应用于DSCs的光阳极，而且表现出良好的光电性能，其结构对电池性能具有重要影响。为了进一步提高DSCs的光电转换效率，人们对TiO2的结构及掺杂等开展了大量研究。火焰燃烧是制备半导体氧化物纳米材料的重要方法，具有过程连续、可规模化和产物纯度高等优点，该方法可以很好的控制材料的形貌和结构。.本项目重点开展火焰燃烧制备不同结构TiO2及其复合材料的研究。基于燃烧反应器结构设计和合成工艺优化，设计制备了TiO2空心微球、表面Ti3+离子自掺杂TiO2、表面N掺杂TiO2和SnO2@TiO2复合纳米棒材料，深入研究了材料在火焰中的形成机理，以及反应器结构和制备工艺对材料结构和性能的影响规律，探讨了不同结构TiO2在DSCs中的应用性能。.项目执行期间，发表了受项目资助标注的SCI论文8篇，申请中国发明专利2项；培养了博士研究生2名，硕士研究生1名。 .