染料敏化太陽能電池（DSSC）具有成本低、無毒無污染、制造工藝條件溫和、適合大面積連續化生產等優點，是當前新型太陽能電池的研究熱點。具有納米多孔結構的半導體光陽極是DSSC的核心組成部分，采用有序、多功能的新型納米結構替代傳統由納米顆粒構成的無序光陽極，是DSSC基礎研究領域的前沿和難點。
中科院上海硅酸鹽高性能陶瓷與超微結構國家重點實驗室近期在DSSC納米結構光陽極方面取得了一系列新進展。由李效民研究員和高相東副研究員帶領的研究團隊研究出多種基于TiO2納米管陣列的有序光陽極和基于氣凝膠結構的新型復合光陽極材料。
基于課題組在氧化物納米結構研究的多年積累，采用超長ZnO納米線陣列為模板，結合可精確調控納米微結構的連續離子層吸附與反應（SILAR）技術，成功實現了TiO2納米管陣列在FTO導電基底上的直接生長；采用獨特的水熱粗化技術，顯著提高了納米管陣列的表面粗糙度、結晶性和染料負載量。所得TiO2納米管陣列光陽極的光電轉換效率為5.74%，比無粗化納米管陣列提高30%。在此基礎上，課題組通過在ZnO納米柱表面連續沉積多層TiO2、ZnO薄層，獲得了同軸、多壁TiO2納米管光陽極，并可精確調控管壁的層數（1-6層）及厚度（5-15 nm）；通過生長枝狀ZnO并構建ZnO-TiO2核殼結構，制備出具有枝狀結構的TiO2納米管光陽極。
在氣凝膠復合光陽極方面，課題組采用具有超低密度（0.03g/cm3）和超高比表面積（1177m2/g）的SiO2氣凝膠為模板，制備出SiO2-TiO2復合氣凝膠，再將其與傳統的TiO2納米顆粒光陽極復合，得到了氣凝膠復合光陽極。與傳統納米顆粒光陽極相比，可顯著增強光陽極對染料的負載量和對入射光的散射效果，所得DSSC的光電轉換效率達到9.4%，比傳統光陽極結構提高16%。
上述工作為開發新一代具有可控微結構及高光電轉換效率的染料敏化太陽能電池提供了有益思路。該研究得到了國家自然科學基金項目(項目編號：(51072214、51002174、51102261)的資助和支持。相關論文發表于Adv. Mater., 2011, 23, 1330-1334(IF=13.877)及J. Mater. Chem.（2012.22.3549-35542012, 2012.22.18930-18938，2012.22.23411-23417）。
超長TiO2納米管陣列的制備、形貌及電池性能
同軸、多壁TiO2納米管陣列制備及微觀結構
氣凝膠復合光陽極的制備、微觀結構及電池性能
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