染料敏化太陽能電池光陽極的制備及其光-電化學性能的研究.pdf

1、納米TiO2具有特殊結(jié)構、性能和半導體光催化活性,具有廣闊的應用前景和重要的理論研究價值,是染料敏化太陽能電池(DSC)的光陽極的首選材料。目前,大部分方法得到的DSC光陽極TiO2納米薄膜是無序結(jié)構納米粒子,但納米TiO2顆粒較小,不能很好地提供內(nèi)置電場,不利于電子空穴對的分離和電子的傳輸,導致染料敏化太陽電池效率的降低,這嚴重阻礙了TiO2光催化材料的應用。近年來,很多研究發(fā)現(xiàn)TiO2納米管結(jié)構能夠縮短電子傳輸路程并使電子的傳輸通道

2、更通暢,降低電子空穴對的復合以提高DSC的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 本工作采用電化學陽極氧化技術,在鈦金屬基體表面制備一層具有特殊納米結(jié)構的TiO2納米管陣列膜。利用SEM、XRD、Raman、差熱分析譜、EIS和光照開路電位圖譜等表征方法系統(tǒng)地研究了電解液組成和電化學陽極電壓等制備參數(shù)對納米管膜層表面形貌和組成成分的影響,探討了熱處理條件對TiO2納米管陣列膜的影響,為實現(xiàn)TiO2納米管薄膜的可控制備提供了重要依據(jù)。另外,采用So

3、l-Gel法制備了TiO2納米晶薄膜,利用相圖分析法得到了獲得性能良好溶膠的最佳試劑配比和最優(yōu)配制工藝。對比了兩種方法制備的TiO2納米薄膜組裝成的DSC光電轉(zhuǎn)換性能。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)研究了陽極氧化過程中不同陽極氧化電解液和電壓對TiO2納米管陣列薄膜表面形貌的影響。結(jié)果表明:不同電解液中得到的納米管形貌各不相同,相比水電解液,有機電解液下得到的TiO2納米管陣列排列更為規(guī)整,管壁更為光滑。電場強度對TiO

4、2納米管的的形成起著雙重作用,并得到了一定范圍內(nèi)的陽極氧化電壓與TiO2納米管管徑的定量關系式。
　　 (2)研究了陽極氧化過程中不同時間段的TiO2納米管陣列照片,分析了TiO2納米管陣列的形成機理。結(jié)論顯示:TiO2納米管陣列形成分為三個階段:阻擋層形成階段,電流急劇下降；納米管形成階段,電流有所回升；納米管穩(wěn)定生長階段,電流基本保持不變。
　　 (3)研究了熱處理溫度和氣氛對TiO2納米管薄膜晶型結(jié)構和形貌的影響。

5、結(jié)果表明:隨著溫度的升高,TiO2納米管的晶型從無定形態(tài)轉(zhuǎn)變到銳鈦礦型再到金紅石型；納米管結(jié)構也隨溫度的升高逐漸坍塌,最后轉(zhuǎn)變成松散顆粒狀。
　　 (4)研究了Sol-Gel法制備納米晶TiO2薄膜的制備工藝,結(jié)果表明:Sol-Gel法制備納米晶TiO2薄膜的最佳試劑配比為:Ti(OC4H9)4的摩爾濃度在0.2～0.8mol/L之間；鰲合劑與酞酸丁酯摩爾比在3～5之間；水與酞酸丁酯摩爾比在3～4之間。酸性前驅(qū)液條件下,pH為3