TiO2納米棒陣列的制備、性質(zhì)及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、二氧化鈦因其資源豐富、安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點已經(jīng)成為人們研究的熱點。由于一維二氧化鈦納米線/納米棒薄膜具有很好的超疏水性能和光電性能，在自清潔、防污、疏水、抑制表面腐蝕材料以及染料敏化太陽能電池(DSSCs)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此有必要對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　本論文，一方面采用水熱法在含不同濃度的HCl生長液中制備出不同形貌的TiO2納米棒陣列，利用XRD、SEM、XPS等測試手段對薄膜進(jìn)行表征和分析，研究了HCl濃

2、度對薄膜表面形貌的影響。采用疏水試劑對TiO2納米棒陣列薄膜進(jìn)行了表面修飾，處理后的薄膜達(dá)到了超疏水效果。在此基礎(chǔ)上，分析了HCl濃度和疏水試劑對TiO2納米棒陣列薄膜疏水性能的影響。
　　另一方面，用溶膠凝膠與水熱合成相結(jié)合的方法在FTO襯底上制備了含晶種層的TiO2納米棒陣列，進(jìn)行了 XRD、SEM、紫外-可見分光光度計測試，研究了晶種溶液濃度對薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和染料吸附量的影響。對含有晶種層的TiO2納米棒陣列基DSSCs測試

3、了I-V曲線和暗電流，研究了晶種對電池光電轉(zhuǎn)化性能的影響。本文得到的主要結(jié)果如下：
　?、俨捎盟疅岷铣傻姆椒ㄔ诓煌瑵舛?HCl生長液中制備了金紅石相 TiO2納米棒陣列薄膜，生長液中HCl濃度越大,納米棒越雜亂,薄膜表面粗糙度越大。
　?、谏L液中HCl濃度為7.0 M的TiO2納米棒陣列經(jīng)過正辛基三乙氧基硅烷疏水試劑處理后，達(dá)到了超疏水效果。水滴在該薄膜上的靜態(tài)接觸角為157.3±1.3°，前進(jìn)角為154.2±1.3o，后

4、退角為161.2±1.3o，滾動角小于7°。用凱西公式分析 TiO2納米棒陣列薄膜達(dá)到超疏水效果的原因，發(fā)現(xiàn)水滴9％與固體薄膜接觸，91%與空氣接觸。
　?、鄄捎萌苣z凝膠與水熱合成相結(jié)合的方法在 FTO襯底上制備了基于晶種層的金紅石相TiO2納米棒陣列，TiO2納米棒沿著垂直于襯底方向擇優(yōu)生長且均勻分布，納米棒的長度大約為1.7μm。生長在晶種層上的TiO2納米棒與生長在FTO襯底上的納米棒相比更加致密，直徑更均勻且取向性更好。尤

5、其，當(dāng)獲得晶種層的TTIP異丙醇溶液的濃度為0.005~0.05 M時，所生長的TiO2納米棒陣列平均直徑約為35 nm，而沒有晶種層的納米棒粗細(xì)不均,直徑為35-85 nm。
　?、芎ХN層的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比不含晶種層的有顯著提高。隨著晶種溶液濃度的增加，電池的光電轉(zhuǎn)換效率、開路電壓、填充因子和短路電流都是先變大后降低。當(dāng)TTIP異丙醇晶種溶液的濃度為0.025 M時，相應(yīng)染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了