高長徑比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特性而被廣泛應用于染料敏化太陽能電池（DSSC）光陽極。然而，一維TiO2納米陣列結構相對較小的比表面積造成其染料吸附量較低，這也成為制約DSSC器件光電轉換性能的關鍵問題。
　　本文采用0.2 mol/L的TiCl4溶液在FTO導電玻璃上生長了一層致密TiO2種子層。采用乙醇作為反應溶劑，通過溶劑熱反應法在生長了種子層的FTO導電玻璃上制備出了高長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時間對TiO2納米線形貌和長度的影響規(guī)律。
　　進一步采用了乙醇-水的混合溶液作為反應溶劑，通過新穎高效的一步水熱/溶劑熱反應法，成功制備出了形貌可控的TiO2納米線陣列結構；特別地，當乙醇、水和鹽酸的體積比為20:10:30、反應時間為12 h時，得到了長度達44μm的超高長徑比的TiO2納米線陣列。采用SEM、TEM、XRD等進行了材料表征，分析表明，TiO2納米線陣列為金紅石型結構，且垂直于

3、FTO導電玻璃進行生長，具有很強的結晶性、超高的長徑比和取向性。這種新穎的一維納米線陣列結構不僅具有優(yōu)異的電荷分離和輸運特性，同時具有較大的比表面積。通過改變乙醇與水的比例、反應時間和鹽酸含量，著重分析了TiO2納米線陣列的形成過程和生長機理，研究表明，合適的乙醇-水-鹽酸體積比有利于超高長徑比的TiO2納米線陣列結構的形成。
　　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測試、IPCE測試、

4、EIS測試等表征手段，詳細研究并對比了基于不同TiO2納米線陣列薄膜光陽極的DSSC光電性能，分析了TiO2納米線陣列結構與器件性能之間的關系，超高長徑比的TiO2納米線陣列結構一方面可以顯著增加染料吸附量，進而提高短路電流密度，但另一方面也容易造成I-3的聚集而產生較嚴重的電子復合損失，影響開路電壓，需要從兩方面同時考慮對器件性能的影響。最終在乙醇、水和鹽酸的體積比為20:10:30、反應時間為12 h時，得到了高達8.92％的光電轉