TiO2、ZnO微納米材料的制備及其光電性能研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)制作工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本低廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。在DSSC的四個(gè)組成部分中，光陽(yáng)極起著吸附染料分子，收集電子和運(yùn)輸電子以及復(fù)合反應(yīng)位點(diǎn)的作用，對(duì)電池的光電轉(zhuǎn)換性有重要的影響。優(yōu)化光陽(yáng)極的光電性能是提高DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的重要方式。性能優(yōu)化的光陽(yáng)極薄膜應(yīng)盡量滿足以下條件:提高光陽(yáng)極薄膜的染料吸附量、提高光陽(yáng)極薄膜的散射能力、增強(qiáng)光陽(yáng)極中光生電子的傳輸速率、延長(zhǎng)電子壽命、優(yōu)化動(dòng)態(tài)界

2、面電子復(fù)合等。綜合上述內(nèi)容，本文通過(guò)水熱法和低溫共沉淀法合成具有微納結(jié)構(gòu)的TiO2和ZnO，這種特殊結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)染料吸附、增強(qiáng)光散射和提高電子傳輸速率，從而達(dá)到增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換效率的作用。
　　 本論文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)通過(guò)溶劑熱法合成由超薄納米片組裝而成的TiO2分層微球，并用此結(jié)構(gòu)微球作為光陽(yáng)極材料制成染料敏化太陽(yáng)能電池。光陽(yáng)極薄膜的厚度是影響所制作電池光電性能的一個(gè)重要的參數(shù)。因此本文對(duì)TiO2分層微球制作的

3、不同厚度的光陽(yáng)極進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明厚度為15.9微米的光陽(yáng)極組裝的電池（電池2）的短路電流密度為12.36mA·cm-2，開(kāi)路電壓為0.73mV,填充因子為61.95以及光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率為5.56％，比厚度為12.3微米和19.4微米的光陽(yáng)極有更好的光電性能。同時(shí)，電池2優(yōu)于相同厚度的P25光陽(yáng)極膜制備的DSSC的性能。超薄納米片組裝的TiO2分層微球的顆粒連接好可以減小電子傳輸?shù)淖枇Γ€具有低電子重組、較高的散射能力、較快的電子

4、傳輸和高的比表面積（78m2·g-1），這些因素都有助于光電性能的提高。
　　 (2)通過(guò)溶劑法直接在FTO基板上合成不同形貌的金紅石TiO2薄膜。在其他條件不變的情況下，改變?nèi)軇}酸和冰乙酸的體積比得到納米棒，納米花，納米球三種形貌的金紅石TiO2薄膜。用這三種薄膜作為光陽(yáng)極組裝成DSSC，測(cè)試結(jié)果表明TiO2納米球結(jié)構(gòu)薄膜作為光陽(yáng)極的電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1.94％、短路電流達(dá)到5.12mA·cm-2，由于納米棒和納米花光陽(yáng)

5、極組裝的電池的性能。原因是TiO2納米球薄膜具有凸凹不平的表面結(jié)構(gòu)，能夠吸附更多的染料分子。同時(shí)，納米球的表面有很多微孔，可以促進(jìn)電解液的擴(kuò)散和電子的傳輸，有利于提高其光電效率。
　　 (3)通過(guò)一個(gè)溫和的、無(wú)污染的水溶液共沉淀法合成由納米片組裝的分層ZnO微球。以分層ZnO微球作為催化劑在紫外光照射下降解亞甲基藍(lán)溶液，在相同條件下降解效率高于商業(yè)ZnO。分層ZnO微球用于制作DSSC(DSSCs)的光陽(yáng)極，通過(guò)對(duì)電池的光電性能