染料-無機(jī)半導(dǎo)體共敏化TiO2納米管陣列光電性能研究.pdf

1、電化學(xué)陽極氧法合成的TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料擁有如下優(yōu)點(diǎn):表面形貌有序度高、比表面積大和易被吸附。本文選擇銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)TiO2納米管陣列的半導(dǎo)體材料做光化學(xué)光伏電池的光陽極，由于TiO2的禁帶寬度為3.2eV，僅能吸收紫外光部分，光電轉(zhuǎn)化性能方面表現(xiàn)不好，因此考慮在納米管陣列表面復(fù)合無機(jī)敏化劑和染料敏化劑來增強(qiáng)光陽極光電性能。
　　In2S3，是Ⅲ-Ⅵ族化合物，在室溫下能以β相穩(wěn)定存在，β-In2S3是一種禁帶大約為2eV左

2、右的n型窄帶隙半導(dǎo)體材料。采用連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法，在TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料表面復(fù)合納米顆粒In2S3，拓寬TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料的光響應(yīng)范圍。納米顆粒In2S3導(dǎo)帶位置高于TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料，可以更好地將電子注入TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料中，有效地分離出電子空穴對(duì)減緩其復(fù)合，光電轉(zhuǎn)換效率方面表現(xiàn)出優(yōu)良的效果。本文系統(tǒng)地研究了不同濃度前驅(qū)體溶液合成納米顆粒In2S3對(duì)納米管陣列TiO2的影響，獲得了0.1M I

3、nCl3溶液制備的光伏電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.08％。進(jìn)一步通過染料敏化劑N719和In2S3納米顆粒共同在TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料表面復(fù)合，獲得的結(jié)果為光照強(qiáng)度為100 mW/cm2條件下光電性能表現(xiàn)最好，達(dá)到短路電流密度和轉(zhuǎn)化率分別為19.18 mA/cm2和8.29％。
　　MoS2在地球中含量豐富，具有石墨烯二維層狀結(jié)構(gòu)，還具有石墨烯所不具備的天然半導(dǎo)體帶隙，其大小為1.2 eV～1.9 eV。MoS2屬于p型窄帶隙半導(dǎo)

4、體材料，具體大小由層數(shù)決定，可作為TiO2良好敏化劑。本文運(yùn)用水熱法，在TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料表面復(fù)合納米材料MoS2，獲得了光伏電池光電轉(zhuǎn)化效率為1.47％。進(jìn)一步通過染料敏化劑N719共同敏化TiO2納米管陣列半導(dǎo)體材料，獲得的結(jié)果為光照強(qiáng)度為100mW/cm2條件下，短路電流密度和轉(zhuǎn)化率分別為8.76 mA/cm2和2.45％。
　　光伏電池經(jīng)過兩個(gè)修飾過程，首先由不同無機(jī)化合物敏化，再由染料敏化敏化劑提高其光電性能。