二氧化鈦復(fù)合納米纖維的制備及其在染料敏化太陽能電池的應(yīng)用研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池作為轉(zhuǎn)換太陽能的一種光電器件，以工藝簡單，成本低，綠色環(huán)保等特點成為近期太陽能電池的佼佼者，但其電池效率還有待提高，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率可從兩方面著手，一是提高染料吸附量增強太陽光吸收能力，二是提高光生電子傳輸效率。文章采用靜電紡絲制備一維納米纖維提高電子傳輸?shù)挠行?，同時利用電紡纖維特有的大比表面積增加染料吸附量，并同時以石墨烯、氮和黑磷等非金屬元素對TiO2納米纖維進行摻雜與共摻雜，以期從增強光陽極的光吸收能力，

2、提高光生電子有效傳輸效率兩個方面共同提高電池效率。以下為本論文的具體研究內(nèi)容:
　　首先，利用靜電紡絲制備石墨烯-TiO2納米纖維，以石墨烯所占的比重，紡絲電壓、進液速度和纖維熱處理溫度等變量下復(fù)合纖維為研究對象，通過SEM和TEM形貌分析，XPS和Raman元素分析，以及UV-Vis紫外可見光譜分析，發(fā)現(xiàn)以正壓17kV加載針頭，推進速度0.6ml/h，石墨烯含量取0.6wt％，熱處理溫度550℃時，得到的石墨烯-TiO2納米纖維

3、，相貌好，產(chǎn)量大，直徑分布集中，有益于光吸收與利用。
　　其次，通過氮和黑磷對石墨烯-TiO2纖維展開了進一步地優(yōu)化研究，首先采用水熱法，對靜電紡絲最優(yōu)實驗參數(shù)下的石墨烯-TiO2纖維進行了氮摻雜。通過XPS測試驗證氮晶體結(jié)合到石墨烯-TiO2纖維中;通過UV-Vis測試，證明氮摻雜后復(fù)合纖維對可見光的吸收強度在原來基礎(chǔ)上進一步提高。接著，采用液相剝離-低功率超聲輔助制得納米黑磷。通過TEM和AFM觀察得到的片狀黑磷直徑在200-

4、300nm，厚度在10-30nm;通過Raman分析，說明所得納米黑磷與少層黑磷特征峰基本一致，證明制備所得黑磷為二維納米材料;然后以自組裝法將納米黑磷與電紡復(fù)合纖維相結(jié)合得到黑磷-石墨烯-TiO2纖維?？偟膩碚f，對石墨烯-TiO2納米纖維進行優(yōu)化，可以進一步改善石墨烯-TiO2納米纖維的性質(zhì)，提高對太陽光的吸收能力。
　　最后，將靜電紡絲得到的石墨烯-TiO2纖維，以及氮、黑磷分別與石墨烯共摻雜的復(fù)合纖維應(yīng)用到電池中，并以J-V

5、曲線、IPCE等表征手段對組裝的電池進行了性能測試。結(jié)果表明，0.6wt％的石墨烯-TiO2納米纖維的電池效率最高，共摻雜氮后，電池效率在原有基礎(chǔ)上提高了26％，而共摻雜黑磷后，電池效率最高提升了32％。
　　總的來說，論文通過研究靜電紡絲石墨烯-TiO2纖維工藝參數(shù)和實驗配方，總結(jié)出了最佳的實驗條件與石墨烯比例，并以此條件下的石墨烯-TiO2復(fù)合纖維為框架，通過水熱法，液相剝離及自組裝法與靜電紡絲纖維結(jié)合的方式，將以氮和納米黑磷