基于二氧化鈦納米棒陣列的雜化太陽電池的研究.pdf

1、本文中，在水熱法制備的TiO2納米棒陣列的基礎(chǔ)上，分別制備了P3HT-CdS-TiO2殼核式一維有序納米結(jié)構(gòu)有機(jī)無機(jī)半導(dǎo)體雜化敏化太陽電池和Au-P3HT-CdTe-TiO2殼核式一維有序納米結(jié)構(gòu)全固態(tài)有機(jī)無機(jī)半導(dǎo)體雜化太陽電池，電池效率分別為1.38％和0.91％，并對雜化太陽電池性能的影響因素進(jìn)行了探討，主要結(jié)果如下:
　　1)使用水熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備了TiO2納米棒陣列。SEM結(jié)果表明，制備的TiO2納米棒陣列直徑約

2、80nm，長度約2.5μm; XRD結(jié)果表明，制備的TiO2納米棒為金紅石型;瞬態(tài)光電流測試表明，制備的TiO2納米棒陣列的最大光響應(yīng)波長410nm對應(yīng)的光子能量為3.0eV，與預(yù)期的TiO2禁帶寬度相當(dāng)。
　　2)在TiO2納米棒陣列上通過電沉積法制備了CdS殼層，組成了CdS-TiO2殼核式納米棒陣列。SEM結(jié)果表明，納米棒的直徑隨著沉積時間的增長而增長;沉積25min時，納米棒間隙幾乎消失，很可能不適合做之后的實驗;XRD驗

3、證了納米棒陣列上新增的物質(zhì)為CdS;測定的紫外可見吸收光譜表明，相對于TiO2納米棒陣列，CdS-TiO2殼核式納米結(jié)構(gòu)的光吸收范圍獲得了較大擴(kuò)寬，最大光吸收波長530nm對應(yīng)的光子能量為2.3eV，與CdS的禁帶寬度相當(dāng)。
　　3)在CdS-TiO2納米結(jié)構(gòu)上電沉積了P3HT，組成P3HT-CdS-TiO2殼核式一維有序納米結(jié)構(gòu)，并組裝成了雜化敏化太陽電池，測定其光電轉(zhuǎn)換性能。SEM結(jié)果表明，P3HT成功包覆在CdS-TiO2殼

4、核式納米棒陣列上;紫外可見吸收光譜表明，P3HT-CdS-TiO2相對于CdS-TiO2的吸收范圍略有提高，吸收強(qiáng)度有較大提升;P3HT-CdS-TiO2雜化敏化太陽電池相比CdS-TiO2半導(dǎo)體敏化太陽電池，開路電壓、短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率均獲得了明顯提升，表明p-n異質(zhì)結(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)提高了該太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率。
　　4)采用電化學(xué)法在TiO2納米棒陣列上沉積CdTe窄禁帶半導(dǎo)體組成CdTe-TiO2殼核式一維有序納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。

5、SEM結(jié)果表明，CdTe成功包覆于TiO2納米棒陣列之上，但沉積3h的CdTe-TiO2完全填滿納米棒陣列的凹凸，不再有納米棒之間的縫隙。XRD和EDS結(jié)果表明，包覆于TiO2納米棒陣列上的新增物質(zhì)確實為CdTe，且晶型、元素比例良好。瞬態(tài)光電流測試結(jié)果表明，CdTe-TiO2殼核式納米結(jié)構(gòu)的光電性能確實優(yōu)于TiO2，而且在沉積時間達(dá)到3h前，隨著沉積時間增長，CdTe殼層增厚而光電性能增強(qiáng)，但沉積CdTe3h后，可能由于CdTe過厚，

6、光照產(chǎn)生的載流子不能到達(dá)固液界面分離而導(dǎo)致較多復(fù)合，而使得CdTe(3h)-TiO2相對CdTe(2.5h)-TiO2的光電性能下降。
　　5)采用旋涂法在CdTe-TiO2殼核式納米棒陣列上涂覆了P3HT，組成P3HT-CdTe-TiO2殼核式一維有序納米結(jié)構(gòu)，并直流濺射Au膜作為陰極集流體，并與濺射Au膜的銅片組裝成了全固態(tài)雜化太陽電池，測定其光電轉(zhuǎn)換性能。SEM結(jié)果表明，P3HT成功包覆在CdTe-TiO2殼核式納米棒陣列上

7、，直流濺射的Au充滿了P3HT-CdTe-TiO2殼核式納米棒陣列的縫隙;P3HT-CdTe-TiO2在0.2V電極電勢下產(chǎn)生穩(wěn)定明顯的陽極光電流，在-1.4V電極電勢下產(chǎn)生了陰極光電流，分別表現(xiàn)出p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的光電特性，證明p-n界面的存在;暗態(tài)線性掃描的結(jié)果表現(xiàn)了p-n界面的單向?qū)щ娦?，光照下線性掃描的結(jié)果表現(xiàn)出半導(dǎo)體的最大載流子傳輸速率（最大電流）、光照下p-n界面在不同電壓下電流方向轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，揭示了無機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體雜化