有序TiO2納米管陣列敏化太陽(yáng)能電池研究.pdf

1、隨著科技的飛速發(fā)展和化石能源的日益枯竭，人類迫切的需求一種可替代化石燃料的清潔可再生能源來(lái)解決日趨嚴(yán)峻的世界能源危機(jī)。太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染可再生新型能源是緩解能源危機(jī)的首選。染料敏化太陽(yáng)能電池作為第三代太陽(yáng)能電池，其制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛開(kāi)展染料敏化太陽(yáng)能研究對(duì)解決當(dāng)前能源危機(jī)具有重要意義。傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)能電池大多是以TiO2半導(dǎo)體納米晶薄膜作為光陽(yáng)極的重要組成部分，其常見(jiàn)的制備方法如：絲網(wǎng)印刷法、玻璃棒

2、涂膜法等，然而，TiO2納米晶薄膜制備過(guò)程中重復(fù)的涂抹和燒結(jié)程序?qū)?huì)導(dǎo)致薄膜微孔結(jié)構(gòu)的損壞，薄膜甚至出現(xiàn)裂痕。電化學(xué)陽(yáng)極氧化法，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、材料形貌尺寸可控，特別是通過(guò)此法可以制備出一維有序TiO2納米管陣列薄膜結(jié)構(gòu)。
　　 本論文采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法在純金屬鈦片基底上制備出高度一維有序TiO2納米管陣列薄膜，考察了制備工藝參數(shù)（陽(yáng)極氧化電壓、氧化時(shí)間、電解液種類及組分）和熱處理溫度對(duì)納米管陣列薄膜形貌尺寸及晶型結(jié)構(gòu)的影響，并

3、以此作為光電池陽(yáng)極材料，以N719染料為光敏化劑，與自制的Pt對(duì)電極和C對(duì)電極組裝成電池器件；其次，采用直接吸附(DA)和多功能分子輔助吸附(LA)方式將四腳狀CdSe量子點(diǎn)與TiO2納米管陣列組裝成一種新型的敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)；再次，通過(guò)化學(xué)水浴沉積法(CBD)在TiO2納米管陣列表面上原位合成了窄禁帶半導(dǎo)體納米晶CdS、CdSe，并組裝為光電池陽(yáng)極，在模擬太陽(yáng)光(100mW/cm2)的照射下，利用電化學(xué)工作站對(duì)敏化電池的光電性能進(jìn)行

4、了研究。
　　 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著陽(yáng)極氧化電壓升高和氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，TiO2納米管的管徑和長(zhǎng)度都相應(yīng)增加；陽(yáng)極氧化反應(yīng)形成的TiO2納米管陣列為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，經(jīng)450℃和600℃熱處理后分別可以轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦和金紅石晶型結(jié)構(gòu)。銳鈦礦晶型TiO2納米管陣列基染料敏化太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率(1.33％)明顯高于無(wú)定型(0.15％)及金紅石晶型結(jié)構(gòu)(0.12％)敏化電池；恒定陽(yáng)極氧化電壓為30V，氧化時(shí)間為12h在乙二醇電解液體系中制

5、備納米管陣列薄膜厚度達(dá)30μm，將其組裝成納米管陣列基染料敏化太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)4.70％，短路電流密度12.26mA/cm2，開(kāi)路電壓745mV，填充因子0.49?；瘜W(xué)水浴沉積、直接吸附和多功能分子輔助吸附方式在TiO2納米管陣列基底上原位合成和鏈接吸附了CdS、CdSe納米晶敏化TiO2能明顯拓寬TiO2在可見(jiàn)光區(qū)域光譜響應(yīng)；三種方式組裝的CdSe納米晶敏化納米管陣列基太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.90％、0.30％