有序TiO2納米管陣列敏化太陽能電池研究.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解決日趨嚴(yán)峻的世界能源危機(jī)。太陽能作為一種無污染可再生新型能源是緩解能源危機(jī)的首選。染料敏化太陽能電池作為第三代太陽能電池，其制備方法簡單、成本低廉、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛開展染料敏化太陽能研究對解決當(dāng)前能源危機(jī)具有重要意義。傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池大多是以TiO2半導(dǎo)體納米晶薄膜作為光陽極的重要組成部分，其常見的制備方法如：絲網(wǎng)印刷法、玻璃棒

2、涂膜法等，然而，TiO2納米晶薄膜制備過程中重復(fù)的涂抹和燒結(jié)程序?qū)?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)陽極氧化法，制備過程簡單、材料形貌尺寸可控，特別是通過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)（陽極氧化電壓、氧化時間、電解液種類及組分）和熱處理溫度對納米管陣列薄膜形貌尺寸及晶型結(jié)構(gòu)的影響，并

3、以此作為光電池陽極材料，以N719染料為光敏化劑，與自制的Pt對電極和C對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能電池結(jié)構(gòu)；再次，通過化學(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，并組裝為光電池陽極，在模擬太陽光(100mW/cm2)的照射下，利用電化學(xué)工作站對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)：隨著陽極氧化電壓升高和氧化時間的延長，TiO2納米管的管徑和長度都相應(yīng)增加；陽極氧化反應(yīng)形成的TiO2納米管陣列為無定型結(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能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率(1.33％)明顯高于無定型(0.15％)及金紅石晶型結(jié)構(gòu)(0.12％)敏化電池；恒定陽極氧化電壓為30V，氧化時間為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能電池光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.90％、0.30％