气凝胶复合光阳极的制备、微观结构及电池性能

染料敏化太阳能电池（DSSC）具有成本低、无毒无污染、制造工艺条件温和、适合大面积连续化生产等优点，是当前新型太阳能电池的研究热点。具有纳米多孔结构的半导体光阳极是DSSC的核心组成部分，采用有序、多功能的新型纳米结构替代传统由纳米颗粒构成的无序光阳极，是DSSC基础研究领域的前沿和难点。

中科院上海硅酸盐高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室近期在DSSC纳米结构光阳极方面取得了一系列新进展。由李效民研究员和高相东副研究员带领的研究团队研究出多种基于TiO2纳米管阵列的有序光阳极和基于气凝胶结构的新型复合光阳极材料。

基于课题组在氧化物纳米结构研究的多年积累，采用超长ZnO纳米线阵列为模板，结合可精确调控纳米微结构的连续离子层吸附与反应（SILAR）技术，成功实现了TiO2纳米管阵列在FTO导电基底上的直接生长；采用独特的水热粗化技术，显著提高了纳米管阵列的表面粗糙度、结晶性和染料负载量。所得TiO2纳米管阵列光阳极的光电转换效率为5.74%，比无粗化纳米管阵列提高30%。在此基础上，课题组通过在ZnO纳米柱表面连续沉积多层TiO2、ZnO薄层，获得了同轴、多壁TiO2纳米管光阳极，并可精确调控管壁的层数（1-6层）及厚度（5-15 nm）；通过生长枝状ZnO并构建ZnO-TiO2核壳结构，制备出具有枝状结构的TiO2纳米管光阳极。

在气凝胶复合光阳极方面，课题组采用具有超低密度（0.03g/cm3）和超高比表面积（1177m2/g）的SiO2气凝胶为模板，制备出SiO2-TiO2复合气凝胶，再将其与传统的TiO2纳米颗粒光阳极复合，得到了气凝胶复合光阳极。与传统纳米颗粒光阳极相比，可显著增强光阳极对染料的负载量和对入射光的散射效果，所得DSSC的光电转换效率达到9.4%，比传统光阳极结构提高16%。