TiO2納米棒與介孔薄膜的可控制備及其在新型太陽能電池中的應用研究.pdf

1、一維TiO2納米材料是一種重要的無機半導體，因具有卓越的化學穩(wěn)定性，獨特的幾何結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的光學特性和電學特性，而在光電轉(zhuǎn)換等應用領(lǐng)域備受關(guān)注。本論文采用水熱合成法，使用鈦酸異丙酯作為鈦源，乙二醇作為抑制劑，四甲基氫氧化銨為解膠劑，通過鍵接連接的方式，人為控制晶體沿[001]方向定向生長，最終形成暴露面為(101)面、表面褶皺狀的特殊形貌的銳鈦礦TiO2納米棒。通過調(diào)節(jié)“水-乙二醇”溶劑比例以及鈦前驅(qū)體、四甲基氫氧化銨解膠劑的使用量，實

2、現(xiàn)納米棒直徑在15 nm~100 nm和長度50 nm~400 nm范圍內(nèi)連續(xù)、可控調(diào)節(jié)。鑒于該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電荷傳輸特性，將其應用到染料敏化太陽能電池(DSSC)、量子點敏化太陽能電池(QDSSC)和介孔鈣鈦礦太陽能電池(PSC)等新型的太陽能電池器件中。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在DSSC中以TiO2納米棒介孔薄膜層為工作電極，以太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化等器件物理參數(shù)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)性研究納米棒長徑比尺寸以及介孔膜孔隙等參數(shù)對

3、染料吸附、電子傳輸/復合動力學的影響規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)以尺寸為16×120 nm的細長狀TiO2納米棒為工作電極，以基于釕的有機染料Z907作為敏化劑組裝的DSSC器件，獲得了8.87％的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)。⑵將該類TiO2納米棒應用于以CdSe量子點作為敏化劑的QDSSC中，我們發(fā)現(xiàn)其相較于傳統(tǒng)的TiO2納米顆粒具有更加優(yōu)異性能。研究結(jié)果表明：取向鍵接制備的納米棒TiO2介孔薄膜具有較寬的孔隙大小分布，量子點負載量和電解質(zhì)擴散性能得以

4、提高；類似一維材料構(gòu)成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具有較高的電子擴散系數(shù)以及較長界面復合壽命，實現(xiàn)光生電子快速傳輸以及較高載流子收集效率。最后與具有高效催化性能的Cu2ZnSnS(Se)4納米晶體對電極組裝的器件實現(xiàn)了電流密度(Jsc)、開路電壓(Voc)和填充因子(FF)的全面提升，從而實現(xiàn)器件的光電轉(zhuǎn)化效率的顯著提升達到5.96%。⑶將該類TiO2納米棒作為介孔層應用于PSC中，通過制備工藝的系統(tǒng)性研究，結(jié)果表明在20-30 nm致密層，控制介孔膜