“美丽的蝶翅”隐藏高效太阳能电池秘密

      日前，实验室张荻研究团队“启迪于碟翅的染料敏化太阳能电池的创新研究”受到国际上环境及能源领域的科学家及产业界的高度关注，这项源自于“美丽的蝴蝶翅膀”的科学研究，为解决当前光-电转换效率等太阳能电池研究的关键制约因素提供了创新思维和实现可能。上周，此成果被列入了著名科技网站Semiconductor International公布的每周Top 5科技新闻之一。该成果自2009年1月13日在美国化学学会（ACS）下属的Chemistry of Materials杂志发表后，包括美国ACS网站、New Scientist、Science Daily、Semiconductor International、Photonics等国际著名科技网站在内的50余家媒体迅速对该研究成果进行了报道，国内的20多家媒体也对此进行了报道及转载。

      能源紧缺、环境破坏使得清洁能源的太阳能电池在全球范围内受到极大的关注，先进国家政府及民间组织投入了大量人力及财力开发和生产清洁能源的太阳能电池。继硅系太阳能电池之后，染料敏化电池由于成本低、绿色制备工艺、并可制成柔性结构等优点，倍受全球关注。但由于该电池较低的光-电转换效率等问题阻碍了其广泛应用。目前提高转换效率的重要方法之一是提高电池光阳极的光采集率，如何设计和制备具有高效太阳光采集能力的材料及结构成为了研制和开发先进太阳能电池的关键点之一，也是当前该领域科研人员迫切需要解决的问题。

      对此，金属基复合材料国家重点实验室张荻教授创立及领导的“遗态材料”科研小组“启迪于碟翅的染料敏化太阳能电池的创新研究”在国际范围内率先提出，可利用具有精细分级的碟翅作为模板，来制备染料敏化太阳能电池用的TiO2光采集器件。因为自然界的物种经过千百万年自然选择的残酷竞争，已进化出了无数相应的特殊结构。其中生活在寒带及高纬度地区的蝴蝶，其翅膀鳞片所具有的微结构，有助于个体充分、高效地吸收利用太阳能，以保持其体温，维持其物种的延续。受此启发，研究小组设计了一种全新的具有高光采集效能的太阳能电池的光阳极构件，并对此进行了研究和验证。通过遗态工艺，以蝶翅鳞片为生物模板，成功获取了保留原始蝶翅结构的TiO2材料。研究发现，相对于普通的TiO2薄膜，具有蝶翅结构TiO2的光吸收率可提高2倍以上，以此为光阳极，可以大大提高光采集效率，进而有望提高该类太阳能电池的光电转换效率。该研究巧妙地将自然进化的精细特种结构与功能材料的设计、制备一体化结合在一起，为今后设计和制备染料敏化电池提供了全新的设计思想和依据。