基于TiO2纳米管阵列的新型光伏发电与储电集成器件中电子和离子输运机制的研究

为获得高效率、高可靠性、低成本的光伏发电/储电系统，利用一维纳米阵列结构在电子传输和离子扩散中的特有优势，以TiO2纳米管阵列为关键电极材料，构建有机整合的光伏发电/储电原型器件。本项目拟充分利用TiO2纳米管阵列在染料敏化太阳能电池（DSSCs）和混合型超级电容器（HSCs）中的优异性能和科学共性，（1）发展和完善阳极氧化法制备TiO2纳米管的合成方法；（2）揭示实验参数同产物结构、形态和光电性能、电化学性能之间的关系；（3）重点研究电子输运和离子扩散机理；（4）设计和优化DSSCs和HSCs器件，并最终将其有机集成，研发高性能的光伏发电/储电（光电容）原型器件。本项目所提出的材料生长、器件设计、工艺经验以及将取得的研究成果，不仅顺应了高性能、低损耗、低成本的能源战略，同时也是从基础研究领域向先进能量捕集和存储应用方向的前沿性探索。

基于项目的研究计划，课题组成员对阳极氧化钛纳米管的形貌、结构调控、表面钝化改性，以及相应的物理、化学性质、电荷传输离子传输性能等进行了系统研究。以此为基础，我们分别将TiO2纳米管应用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）和超级电容器（SCs）。通过选择性掺杂技术，分别对上述两种器件的性能进行优化，实现了同时具有光伏发电和储电功能的集成器件。此外，基于对DSSCs和SCs的研究兴趣和基础，课题组成员还拓展了项目的研究内容，开发了具有高比电容和高输出电压的SCs原型器件及高效柔性非晶硅薄膜太阳能电池。