中文摘要：

设计具备高光吸收效率和高光利用效率双重功能的新型薄膜电极材料是解决染料敏化太阳能电池光电转化效率低的关键科学问题。本项目旨在发展一种新型结构的薄膜电极材料，拟用超声溶剂热法和超声水热法（或超重力模板法）分别制备ZnO纳米晶和尺寸、结构可控的微米/亚微米ZnO，在此基础上构筑高敏化性的、单层厚度可精细调控、高效微纳复合结构ZnO双层薄膜材料，实现纳米晶的强吸附容量和微米/亚微米粒子的强光散射性能的双重特征。详细研究引入的光散射层对光子的利用率，揭示光激发电子注入和电子在微纳复合结构ZnO薄膜传输的微观动力过程和内在机理；探索光生电子-空穴对的分离及复合过程和光电化学系统内部发生的过程及机制。本项目的实施将极大扩展ZnO薄膜材料对光的利用率及新型功能薄膜材料的开发，为设计出更有利于光能吸收、光电转化和低损耗传输的染料敏化太阳能电池提供理论基础和产业化支持。

结论摘要：

设计具备高光吸收效率和高光利用效率双重功能的新型薄膜电极材料是解决染料敏化太阳能电池光电转化效率低的关键科学问题。本项目围绕光电材料的光吸收利用和光电转换两个基本问题为中心，设计制备了一类新型的兼具高染料吸附的、强光散射的、及良好的电子传输特性的纳米功能薄膜电极材料，并使之成功用于染料敏化太阳能电池。具体研究结果如下 1.尺寸、形貌、组成可控的ZnO利用超声溶剂热法和水热法，制备了(I-)ZnO纳晶和微米/亚微米级类盘状ZnO、ZnO纳米棒聚集体、ZnO纳晶聚集体，结果表明ZnO纳晶具有较大表面积，而微米/亚微米级ZnO显示出光散射特性。此外，利用超声水热法，制备了(I-)TiO2和TiO2纳米管，结果表明碘掺杂在氧化物晶格中，且所获得的钛基薄膜具有较大的比表面积。 2.锌基双层薄膜电极利用涂覆法和drop-coating法在导电基底上构筑多种典型的微纳复合排列的双层结构锌基薄膜（纳晶/纳米棒聚集体、纳晶聚集体/类盘状ZnO、纳晶/纳米棒），系统地检测了不同结构排列的锌基薄膜的光吸收作用和光散射效应以及光生载流子的寿命等特征参数，通过深入研究电子在微纳复合结构锌基薄膜传输的微观动力过程，优化获得了兼具光吸收、光散射及电子传输效应的功能复合薄膜。同时，制备了碘掺杂锌基与钛基薄膜，发现碘掺杂能有效扩展电极膜的光响应范围、促进电荷分离和载流子的迁移。 3.染料敏化太阳能电池及光伏性能研究将锌基双层薄膜及碘掺杂薄膜应用于染料敏化太阳能电池中，测试其光电性能，结果发现比较单层锌基纳晶薄膜电池，双层锌基薄膜电池的光电转换效率提高了47%~90%。同时碘掺杂锌基和钛基薄膜电池的光电转换效率分别达到4.5%和10.0%。此外，在锌基电池中引入不同染料和准固态电解质，构建了大面积锌基DSC，这些研究结果很大程度上拓宽当前光电材料领域的研究深度和广度。 研究成果在Chem. Mater.、Chem. Commun.、Electrochem. Commun.、J. Mater. Chem.、等刊物上发表SCI 论文8篇，申请专利3项，其中2项已授权。参加国际会议2次，国内会议4次。作为第二完成人申报的项目"光电功能薄膜及其应用性能基础研究"荣获2012 年中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖。培养硕士研究生5名，博士研究生3名。