基于TiO2納米管的復(fù)合光陽(yáng)極的研究和應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)由于制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)境友好、原材料豐富等優(yōu)點(diǎn),成為了新型太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)。DSSC的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)了12％,但是與傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池相比仍有差距,需要進(jìn)一步提高。采用一維納米陣列結(jié)構(gòu)與納米顆粒復(fù)合,制備具有高比表面積和低的電子-空穴復(fù)合率的光陽(yáng)極,是提高DSSC轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。另外,通過(guò)半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化納米TiO2光陽(yáng)極,以代替穩(wěn)定性差、價(jià)格昂貴的染料是又一重要研究方向。因此,本文主要從T

2、iO2納米管(TNT)制備工藝,TiO2納米管/納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)(TNT/TP)光陽(yáng)極以及CdS敏化TiO2納米管陣列光陽(yáng)極三個(gè)方向進(jìn)行研究。
　　(1)在乙二醇-氟化銨體系電解液中采用陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管,探討陽(yáng)極氧化工藝對(duì)TiO2納米管形貌的影響,找出適合后續(xù)實(shí)驗(yàn)的TiO2納米管制備工藝。結(jié)果表明:隨著氧化電壓增加,TiO2納米管的外徑增大、管壁變厚;隨著氧化時(shí)間增加,TiO2納米管管長(zhǎng)先呈線性增加,一段時(shí)間后增長(zhǎng)速度

3、減緩,最后長(zhǎng)度保持不變。在30V下陽(yáng)極氧化制備的TiO2納米管外徑約為110nm,長(zhǎng)度最高可達(dá)10μm,經(jīng)過(guò)450℃煅燒后,可獲得單一的銳鈦礦結(jié)構(gòu),適合進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn);
　　(2)通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在上述制備的TiO2納米管上印刷一層TiO2納米顆粒(TP)薄膜,制備TiO2納米管/納米顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極,同時(shí)制備相同厚度的TiO2納米管光陽(yáng)極和TiO2納米顆粒光陽(yáng)極。TNT/TP光陽(yáng)極具有比表面積大、電子傳輸速率快、電子-空穴復(fù)合幾率

4、低以及TiO2納米管的光散射作用明顯等優(yōu)點(diǎn)。將上述光陽(yáng)極組裝成DSSC,進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明:TNT/TP電池的效率明顯高于TNT電池和TP電池,隨后對(duì)DSSC進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在納米管厚度為5μm,納米顆粒薄膜厚度為14μm時(shí),DSSC效率最高為6.43%;
　　(3)通過(guò)連續(xù)離子沉積法在TiO2納米管表面沉積一層納米級(jí)的CdS顆粒制備光陽(yáng)極并進(jìn)行表征,結(jié)果表明CdS能夠成功覆蓋到TiO2納米管管壁之上,沉積量由循環(huán)次數(shù)控制,Cd