TiO2光陽極的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應用.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)納米半導體材料具有資源豐富、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒和價格低廉等優(yōu)點，被廣泛應用于染料敏化太陽能電池、傳感器、光催化、污水處理和空氣凈化等領域。其中，在染料敏化太陽能電池(DSSCs)領域，不斷提高二氧化鈦半導體材料的太陽光利用效率是目前的研究熱點。本文從TiO2光陽極的結(jié)構(gòu)設計和物理摻雜改性兩方面展開研究，探求有效提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率的簡便方法。
　　首先采用陽極氧化法制備了適用于DSSCs的一維結(jié)構(gòu)TiO

2、2納米管(TiO2-NTs)陣列薄膜。通過記錄陽極氧化過程中的電流-時間(I-t)曲線，研究了TiO2納米管的生長機理。用掃描電子顯微鏡(SEM)對TiO2的形貌進行分析，研究了陽極氧化過程中電解質(zhì)、濃度、溶劑和粘度的變化對TiO2的形貌所造成的影響，確定了能夠制備出形貌較好納米管的陽極氧化參數(shù)。通過對TiO2-NTs陣列薄膜進行DTA-TGA分析，確定了燒結(jié)溫度為500℃。用XRD對燒結(jié)前后的TiO2-NTs陣列薄膜分析得知，燒結(jié)后T

3、iO2從無定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于DSSCs的銳鈦礦晶型。
　　在此基礎上，用刮刀涂布法制備了二氧化鈦納米顆粒/二氧化鈦納米管(TiO2-NPs/TiO2-NTs)復合光陽極薄膜，通過對TiO2光陽極的結(jié)構(gòu)設計來提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。包括利用已確定的陽極氧化參數(shù)對Ti板氧化不同次數(shù)，制備了管徑大小不同的TiO2-NTs，并進一步將其用于制備TiO2-NPs/TiO2-NTs復合光陽極。通過對其DSSCs的電流-電壓(J-E)曲線

4、進行分析，研究了TiO2-NTs管徑大小及其不同含量對DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率的影響。結(jié)果表明，不同管徑一維TiO2-NPs的加入，將DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率提高了4.15％～15.0％，發(fā)揮了零維與一維TiO2納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢互補。隨著納米管管徑的增大，DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率(η)先增大后減小，當納米管管徑在44.5nm左右時，η得到最大值3.60％，比未添加納米管時，η提高了15.0％。隨著納米管含量的增加，η也表現(xiàn)為先增大后減小，

5、當含量為4wt.％時，η達到最大值4.16％，比未添加納米管時，η提高了32.9％。
　　另外，用旋涂法制備了二氧化鈦納米顆粒/多壁碳納米管(TiO2-NPs/M WCNTs)復合光陽極薄膜，通過對TiO2納米顆粒進行摻雜改性來提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率。研究了改性MWCNTs及其不同含量對DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率的影響，結(jié)果表明，MWCNTs的加入將DSSCs的光電轉(zhuǎn)化效率提高了13.4％;在此基礎上，改性后的MWCNTs使η提