高長(zhǎng)徑比TiO2納米線陣列的可控制備及光電性能研究.pdf

1、TiO2納米線陣列憑借其優(yōu)異的光生電荷分離和輸運(yùn)特性而被廣泛應(yīng)用于染料敏化太陽能電池（DSSC）光陽極。然而，一維TiO2納米陣列結(jié)構(gòu)相對(duì)較小的比表面積造成其染料吸附量較低，這也成為制約DSSC器件光電轉(zhuǎn)換性能的關(guān)鍵問題。
　　本文采用0.2 mol/L的TiCl4溶液在FTO導(dǎo)電玻璃上生長(zhǎng)了一層致密TiO2種子層。采用乙醇作為反應(yīng)溶劑，通過溶劑熱反應(yīng)法在生長(zhǎng)了種子層的FTO導(dǎo)電玻璃上制備出了高長(zhǎng)徑比的單晶金紅石相TiO2納米線陣

2、列；分析了不同乙醇與鹽酸比例和反應(yīng)時(shí)間對(duì)TiO2納米線形貌和長(zhǎng)度的影響規(guī)律。
　　進(jìn)一步采用了乙醇-水的混合溶液作為反應(yīng)溶劑，通過新穎高效的一步水熱/溶劑熱反應(yīng)法，成功制備出了形貌可控的TiO2納米線陣列結(jié)構(gòu)；特別地，當(dāng)乙醇、水和鹽酸的體積比為20:10:30、反應(yīng)時(shí)間為12 h時(shí)，得到了長(zhǎng)度達(dá)44μm的超高長(zhǎng)徑比的TiO2納米線陣列。采用SEM、TEM、XRD等進(jìn)行了材料表征，分析表明，TiO2納米線陣列為金紅石型結(jié)構(gòu)，且垂直于

3、FTO導(dǎo)電玻璃進(jìn)行生長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的結(jié)晶性、超高的長(zhǎng)徑比和取向性。這種新穎的一維納米線陣列結(jié)構(gòu)不僅具有優(yōu)異的電荷分離和輸運(yùn)特性，同時(shí)具有較大的比表面積。通過改變乙醇與水的比例、反應(yīng)時(shí)間和鹽酸含量，著重分析了TiO2納米線陣列的形成過程和生長(zhǎng)機(jī)理，研究表明，合適的乙醇-水-鹽酸體積比有利于超高長(zhǎng)徑比的TiO2納米線陣列結(jié)構(gòu)的形成。
　　將不同條件下合成的TiO2納米線陣列薄膜用作染料敏化太陽能電池光陽極，通過J-V測(cè)試、IPCE測(cè)試、

4、EIS測(cè)試等表征手段，詳細(xì)研究并對(duì)比了基于不同TiO2納米線陣列薄膜光陽極的DSSC光電性能，分析了TiO2納米線陣列結(jié)構(gòu)與器件性能之間的關(guān)系，超高長(zhǎng)徑比的TiO2納米線陣列結(jié)構(gòu)一方面可以顯著增加染料吸附量，進(jìn)而提高短路電流密度，但另一方面也容易造成I-3的聚集而產(chǎn)生較嚴(yán)重的電子復(fù)合損失，影響開路電壓，需要從兩方面同時(shí)考慮對(duì)器件性能的影響。最終在乙醇、水和鹽酸的體積比為20:10:30、反應(yīng)時(shí)間為12 h時(shí)，得到了高達(dá)8.92％的光電轉(zhuǎn)