二氧化鈦納米管的可控制備及其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、一維二氧化鈦納米材料，尤其是二氧化鈦納米管是一種重要的無機(jī)功能材料，它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，如有序的電子通道，高比表面積，低成本，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及良好的光吸收性等，被廣泛應(yīng)用于光催化降解污染物，光解水制氫，傳感器及太陽(yáng)能電池。目前常用的制備方法中，水熱法制備的TiO2納米管雜亂無序；模板法制備 TiO2納米管具有模板尺寸限制且去除模板可能會(huì)破壞 TiO2納米管的形貌，具有很大的局限性。陽(yáng)極氧化法因其制備的TiO2納米管高度有序且質(zhì)量

2、較好而具有良好的前景。二氧化鈦因禁帶寬度較大（銳鈦礦型為3.2 eV，金紅石型為3.0 eV），只能響應(yīng)波長(zhǎng)低于390 nm的紫外光，光利用率較低。此外，光生電子空穴對(duì)極容易復(fù)合，使得光電轉(zhuǎn)換效率較低。為降低TiO2的帶隙，提高光利用率，當(dāng)前研究主要集中于TiO2納米管的改性，如非金屬摻雜，過渡金屬摻雜以及表面敏化等。另外，與窄帶系半導(dǎo)體復(fù)合形成的異質(zhì)結(jié)具有優(yōu)異的光電特性，在全固態(tài)無機(jī)太陽(yáng)能電池中具有極好的應(yīng)用潛力。
　　本文采用

3、陽(yáng)極氧化法，通過控制陽(yáng)極氧化電壓與時(shí)間，制備出管長(zhǎng)和管徑可控的 TiO2納米管陣列薄膜，系統(tǒng)研究了陽(yáng)極氧化電壓、時(shí)間與 TiO2納米管管徑和管長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。進(jìn)而使用管長(zhǎng)~7.7?m，管徑~75 nm的TiO2納米管陣列薄膜為基底，通過連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法對(duì)TiO2納米管進(jìn)行ZnS納米顆粒的填充，然后通過離子交換法將ZnS轉(zhuǎn)換為CuS，制備出CuS/TiO2 p-n異質(zhì)結(jié)。最后組裝成CuS/TiO2基全固態(tài)無機(jī)太陽(yáng)能電池，研究其光電性

4、能。
　　結(jié)果表明，采用陽(yáng)極氧化法制備 TiO2納米管，隨陽(yáng)極氧化電壓升高，TiO2納米管管長(zhǎng)增加，而管徑則先增大后減小。當(dāng)陽(yáng)極氧化電壓為50 V時(shí)，TiO2納米管排列整齊有序，薄膜質(zhì)量最好。隨陽(yáng)極氧化時(shí)間的增加，TiO2納米管管長(zhǎng)和管徑都呈增加趨勢(shì)。采用連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)法向TiO2納米管中填充ZnS納米顆粒，由于 CuS的溶度積小于 ZnS，通過離子交換法將 ZnS轉(zhuǎn)化為 CuS，完成TiO2納米管的復(fù)合，制備出了CuS/T

5、iO2異質(zhì)結(jié)。解決了CuS因易在TiO2納米管表層形成致密的膜層而無法溶液法完全填充的問題。最后選用石墨粉作為對(duì)電極，以FTO為基板，組裝出CuS/TiO2基全固態(tài)無機(jī)太陽(yáng)能電池FTO/TiO2(阻擋層)/TiO2納米管/CuS/石墨粉/FTO，測(cè)得其太陽(yáng)能電池的效率為0.25％。另外，連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)和離子交換相結(jié)合的方法操作簡(jiǎn)單、且綠色無污染，可用于其他硫化物如PbS、CdS、Ag2S、CoS等與TiO2納米管的復(fù)合，而研究其光