TiO2納米管陣列的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、能源問題與環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的最大的也是亟待解決的問題,尋找一種清潔能源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源變成了當(dāng)務(wù)之急,太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源越來(lái)越受到社會(huì)各界的關(guān)注。
　　1991年O`Regan和Gr?tzel將具有高比表面積的納米晶介孔TiO2引入到染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs),并取得7.1％的光電轉(zhuǎn)換效率。此后,DSSCs成為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。光陽(yáng)極是染料敏化太陽(yáng)能電池的核心組件之一。它是染料分子的

2、載體,同時(shí)也起著分離和傳輸電子的作用。在過去的二十多年間,人們?cè)诠怅?yáng)極的材料合成、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光電性能表征和機(jī)理分析等方面進(jìn)行了廣泛的研究。研究發(fā)現(xiàn),TiO2納米管具有出色的傳輸電子的能力同時(shí)具有較大的比表面積,從而在DSSCs中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文就TiO2納米管陣列的制備、剝落、復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其在DSSCs中的應(yīng)用開展了如下研究:
　　1.采用二次陽(yáng)極氧化法制備出管徑約~100nm,長(zhǎng)度約~15μm的TiO2納米管

3、陣列薄膜,以此為基礎(chǔ),研究其復(fù)合結(jié)構(gòu)在DSSCs中的應(yīng)用。通過XRD、FESEM、TEM分析等測(cè)試方法對(duì)納米管陣列以及合成的TiO2中空球進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌表征。
　　2.采用疊層結(jié)構(gòu)將TiO2納米管和納米顆粒進(jìn)行復(fù)合制備出新型光陽(yáng)極,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:這種多層結(jié)構(gòu)染料電池顯示出了優(yōu)于傳統(tǒng)的二氧化鈦納米多孔膜結(jié)構(gòu)染料電池,在三層復(fù)合時(shí)可以達(dá)到最大效率7.76%。這是由于該復(fù)合結(jié)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合了納米管陣列優(yōu)越的電子傳輸?shù)奶匦院图{米顆粒多孔膜

4、巨大的比表面積的優(yōu)點(diǎn)。
　　3.為提高納米管陣列染料電池的光電性能,本文制備了由納米管陣列與中空球復(fù)合的雙層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極,并研究了該雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)DSSCs的漫反射性能以及光電轉(zhuǎn)換性能,其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到6.9%。這是由于雙層膜結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極的頂層TiO2中空球作為散射層具有較強(qiáng)的光散射能力,增加了光在薄膜中的行程,提高了染料電池對(duì)可見光的捕獲效率;下層TiO2納米管陣列具有較大的比表面積和良好的電子傳輸能力,從而有利于提高光生電