陈险峰教授指导的博士生林佳作为第一作者在近日出版的《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志上发表了题为”High Temperature Crystallization of Free-Standing Anatase TiO₂ Nanotube Membranes for High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells”的研究论文(Advanced Functional Materials 23, 5952–5960, doi: 10.1002/adfm.201301066)。该研究结果表明可以通过对高质量的二氧化钛纳米管自由薄膜高温结晶的方式提高纳米管的结晶度，并应用于染料敏化太阳能电池中，加快电子传输速率和提高电池的效率。

图：上方是二氧化钛纳米管薄膜剥落和转移过程示意图。下方左列是剥落下来的大面积的薄膜和高温结晶的薄膜。右列显示的是把薄膜粘附于FTO基底上形成的光阳极的照片。

基于一维二氧化钛纳米管的染料敏化太阳能电池由于光生电子沿着管壁定向传输，被认为会加快电子传输速率，这对于染料敏化太阳能电池效率的改善是至关重要的。而理论和实验研究表明，在纳米管中存在大量的俘获态，抑制了电子的传输。在氧化性气氛中对纳米管高温结晶，是减少俘获态的有效方式。然而由于基底的效应(Substrate Effect)，对钛金属基底上的纳米管直接高温结晶会破坏纳米管的结构和形貌，显著降低电池的效率。

基于前期对纳米管自由薄膜的研究，他们提出了在把薄膜粘附到导电基底之前对薄膜进行高温结晶，研究其结构和晶型的变化。对于高质量的自由薄膜，锐钛矿晶型向金红石晶型转变的温度大大提高，与钛金属基底上的纳米管相比，表现出更好的热稳定性。他们进一步将高结晶度的薄膜应用到染料敏化太阳能电池中，并研究电子的传输和复合动力学。由于结晶度的提高和电子俘获态数目的减少，高结晶度的纳米管薄膜中电子传输速率快很多。因此，染料敏化太阳能电池的性能有显著改善。这一研究成果为提高太阳能电池效率提供了新的途径，而且高结晶度的纳米管在其它应用中也具有重要意义。

这项研究工作和香港理工大学黄海涛教授研究组合作完成。

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201301066/full