TiO2納米多級蜂窩陣列結(jié)構(gòu)的制備及其在染料敏化電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、TiO2納米多級陣列結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積、多級的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),有利于電子的傳輸擴(kuò)散,因此在染料敏化太陽能電池和光催化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通常,TiO2納米多級結(jié)構(gòu)的制備工藝較為復(fù)雜,反應(yīng)過程難以控制。因此,發(fā)展簡單有效制備TiO2納米多級結(jié)構(gòu)的方法成為近年來的研究熱點(diǎn)。
　　本文通過電化學(xué)陽極氧化法制備了TiO2納米管陣列,對TiO2納米管陣列采用化學(xué)溶劑處理(堿處理-酸處理),制備得到TiO2納米多級陣列結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了不同種

2、類酸(HCl、HNO3、H2SO4,乙酸、草酸、檸檬酸等)、酸處理時(shí)間、原始管徑大小及晶化條件對TiO2納米多級陣列結(jié)構(gòu)的影響,采用電流-電壓測試系統(tǒng)對太陽能電池的I-V曲線進(jìn)行了測試分析。同時(shí)研究了TiO2納米管陣列薄膜的分離方法,并在FTO導(dǎo)電玻璃上制備TiO2納米多級陣列結(jié)構(gòu),形成TiO2/FTO光陽極,研究了薄膜厚度對其光電性能的影響。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)在經(jīng)過堿處理后,不同的酸處理對TiO2納米團(tuán)簇影響

3、各異,從而形成不同的TiO2納米多級結(jié)構(gòu)。經(jīng)無機(jī)強(qiáng)酸處理可以得到TiO2蜂窩嵌套納米線陣列結(jié)構(gòu),醋酸處理獲得TiO2粗糙蜂窩陣列結(jié)構(gòu)。
　　(2)酸處理時(shí)間會對TiO2納米多級結(jié)構(gòu)的形貌產(chǎn)生影響。對于TiO2蜂窩嵌套納米線陣列結(jié)構(gòu),其納米線直徑隨著 HCl處理時(shí)間延長而減小,直至消失,處理30min可以獲得納米線與蜂窩分離良好的嵌套結(jié)構(gòu),其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)3.48％;TiO2粗糙蜂窩陣列結(jié)構(gòu)的蜂窩壁厚隨著醋酸處理時(shí)間延長而變大,2

4、h的醋酸處理可以得到最佳的比表面積與蜂窩孔徑,光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)5.73%。
　　(3)HF溶液處理和附加電壓法均可以有效分離TiO2陣列薄膜。HF處理可以獲得一端打開的獨(dú)立TiO2納米管陣列薄膜,施加附加電壓可以獲得兩端打開的獨(dú)立TiO2納米管陣列薄膜。
　　(4)通過控制TiO2納米管陣列的長度可以調(diào)節(jié)TiO2/FTO蜂窩嵌套納米線薄膜的厚度,隨著薄膜厚度的增加光電轉(zhuǎn)換效率先增大后減小,最大光電轉(zhuǎn)換效率為2.89%。兩端開