中文摘要：

纳米粒子表面缺陷多易捕获电子、电子传输速率慢；一维光阳极材料虽然电子传输速率快，但是表面粗糙度低染料吸附量小，两者都不利于染料敏化太阳能电池效率的提高。本课题拟在前期合成的同时具有小尺寸、大比表面积、高晶化度结构特征的TiO2纳米粒子以及正在制备的一维多孔TiO2纳米柱、纳米管的基础上，采用层层组装的方法构筑基于一维多孔结构与纳米粒子复合TiO2光阳极，这将充分结合一维多孔材料吸附染料较多、电子传输速率快和课题组所制备的纳米粒子缺陷少、比表面积大易于吸附染料分子的优势，以提高光电池的光电转换效率。通过调控一维多孔TiO2与纳米粒子之间的形态、尺寸及两者质量比，系统研究这些因素对光电池光电转换效率的影响，集成运用稳态、瞬态光伏和电化学阻抗深入分析光电池光阳极-电解液-对电极各界面的电子传输机制，归纳总结出一些染料吸附量和各界面电阻对光电效率的影响的规律性结果，探索构筑高性能光电池的新途径。

结论摘要：

染料敏化太阳能电池（DSSCs）是当前研究的热点之一。纳米TiO2光阳极和对电极是DSSCs的重要组成部分，其中光阳极决定了染料的吸附量和光生电子的传输速率，而对电极材料的催化特性决定了氧化态染料分子的还原速率。构筑一维材料与纳米粒子的复合体，使之具有足够染料吸附量的同时，降低光生电子的复合速率，并提高光生电子的传输速率是提高DSSCs光电转化效率的有效途径之一。通常使用的对电极材料是具有较高催化活性的Pt纳米粒子，但是Pt是稀有贵金属，难以满足DSSCs大规模生产；同时，少量的Pt会与氧化还原电对I3-/I-发生氧化反应生成PtI4或者H2PtI6从而使电池短路。石墨化纳米碳基材料因其催化性能优异、价格低廉等优点，是Pt对电极的有效替代。申请人在本项目完成期间共发表带基金资助号的SCI研究论文20篇，大于3的SCI论文15篇，部分工作以Inside front cover的形式发表在RSC的Dalton T.上。在高性能光阳极材料的可控构筑方面，采用层层组装的方法构筑一维多孔TiO2纳米柱/纳米粒子复合结构光阳极,通过组装次数控制纳米柱/纳米粒子的质量比，在保证足够多的染料吸附量的同时有效增大了光生电子的传输速率,得到高性能的DSSCs。采用层层组装的方法构筑了一维TiO2-B纳米带/纳米粒子异相结光阳极,TEM证实了TiO2-B/锐钛矿异相结的存在,SPS和EIS证实异相结的存在导致复合材料的电子传输明显改善。采用简单溶剂热法合成了大比表面积、高结晶度、尺寸均一且对太阳光具有很好散射能力的介孔锐钛矿TiO2微球，作为DSSCs光阳极的散射层，获得更高的光电转换效率。在高性能的对电极材料的可控构筑方面，可控构筑不同质量比的高晶化度石墨烯/导电碳黑复合对电极，由于石墨烯具有较好的电子传输效率、导电碳黑提高更多的催化活性点位，得到近似于Pt基光电池的光电转换效率。采用固态热解的方法合成了石墨化纳米碳/Fe3C复合材料，通过控制HCl的处理时间可控构筑不同质量比的石墨化纳米碳/Fe3C对电极，由于结合了Fe3C较好的催化活性和石墨化纳米碳较快的电子传输的优势，得到近似于Pt基光电池的光电转换效率。采用电泳法和离子交换法联用的策略成功构筑了高度分散的石墨化碳/CoS复合对电极，提高了碳基DSSCs的光电转换效率。