二氧化鈦納米管陣列制備及其光伏性能研究.pdf

1、由于其遠(yuǎn)低于硅太陽(yáng)能電池的制作價(jià)格以及簡(jiǎn)易的制作工藝,近些年染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitizednanocrystallinesolarcells,DSSC)已引起科學(xué)家的廣泛研究。作為染料敏化太陽(yáng)能電池的核心部件,光陽(yáng)極材料對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率有著極大影響。當(dāng)前應(yīng)用最廣的光陽(yáng)極材料是多孔二氧化鈦納米晶顆粒,因其具有大的比表面積,能夠吸附大量的染料分子及電解質(zhì),因此極大地提高了電池效率。然而,光生電子空穴也容易在這

2、種多孔納米晶薄膜結(jié)構(gòu)中的大面積晶界處復(fù)合,從而降低電池的轉(zhuǎn)換效率。引入一維的納米陣列結(jié)構(gòu)如納米棒,納米線,納米管陣列是解決這一問題的有效方法之一。這些一維結(jié)構(gòu)中,納米管陣列具有相對(duì)較大的比表面積以及良好的電子傳輸性質(zhì),使得它在近些年受到廣泛關(guān)注。利用二氧化鈦納米管作為光陽(yáng)極材料,可望進(jìn)一步提高染料敏化太陽(yáng)能電池的效率。
　　當(dāng)前制備二氧化鈦納米管有模板法,水熱法,陽(yáng)極氧化等方法。在這些方法中,陽(yáng)極氧化法得到廣泛應(yīng)用主要因?yàn)樗闹苽?/p>

3、工藝簡(jiǎn)單,并且可以通過改變反應(yīng)參數(shù)來調(diào)節(jié)如管長(zhǎng),管徑等納米管形貌。本文采用陽(yáng)極氧化法制備了TiO2納米管陣列,研究了工藝條件對(duì)陣列組織結(jié)構(gòu)的影響,并將其組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。主要工作總結(jié)如下。
　　(1)利用陽(yáng)極氧化法制備了面積為5cm×5cm的大面積二氧化鈦納米管陣列薄膜。研究發(fā)現(xiàn),陽(yáng)極氧化時(shí)間對(duì)納米管的管長(zhǎng)及頂端形貌起著重要作用。陽(yáng)極氧化結(jié)束后,納米管薄膜與鈦片基底緊密相連。將陽(yáng)極氧化后的鈦片浸入飽和氯化汞溶液中可使納米管

4、陣列與鈦片基體剝離,得到獨(dú)立,完整的大面積二氧化鈦納米管陣列薄膜。
　　(2)制備出了兩端開口的二氧化鈦納米管陣列。一般陽(yáng)極氧化法得到的納米管是底端閉合頂端開口的,但是兩端開口的納米管能增加染料及敏化量子點(diǎn)的吸附,在光伏領(lǐng)域更具應(yīng)用前景。本文采用60V陽(yáng)極氧化電壓預(yù)氧化,之后再提高反應(yīng)電壓并增加反應(yīng)電流密度,可以得到兩端開口的二氧化鈦納米管形貌。
　　(3)以FTO玻璃為基底、二氧化鈦納米管陣列作為光陽(yáng)極材料,采用粘結(jié)法將陽(yáng)

5、極氧化制備的二氧化鈦納米管薄膜轉(zhuǎn)移到FTO玻璃上組裝了染料敏化太陽(yáng)能電池并測(cè)試了其光電性能。由于粘結(jié)劑成分配比不同,退火后形成的二氧化鈦?zhàn)钃鯇雍穸炔煌?最后形成的電池的光伏性能也隨之變化。研究發(fā)現(xiàn),與二氧化鈦顆粒的光陽(yáng)極材料相比,由于納米管陣列優(yōu)異的電子傳輸性能,以納米管陣列作為光陽(yáng)極組裝的電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。此外,隨著二氧化鈦?zhàn)钃鯇雍穸鹊南陆?電池的轉(zhuǎn)換效率也隨之提高。
　　(4)由于二氧化鈦納米管陣列薄膜在轉(zhuǎn)移及退火過