二氧化鈦納米棒的制備及其光電性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題開(kāi)始成為了人類在21世紀(jì)所重視的最主要的兩個(gè)問(wèn)題,一種不污染環(huán)境的新能源——太陽(yáng)能,進(jìn)入了人們的視線。
　　自從1991年O`Regan和Gr?tzel將具有高比表面積的納米晶介孔TiO2引入到染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs),并取得7.12％的光電轉(zhuǎn)換效率。在過(guò)去的三十多年間,人們?cè)贒SSCs納米顆粒光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料合成、光電性能表征和機(jī)理分析等方面進(jìn)行了廣泛的研究。研究發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納

2、米棒結(jié)構(gòu)有著較高的電子擴(kuò)散率,比表面積,可以抑制載流子發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而在DSSCs中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文就TiO2納米棒陣列的制備、生長(zhǎng)方法的優(yōu)化,對(duì)其摻雜改性,來(lái)提高TiO2納米棒陣列在DSCCs中的光電轉(zhuǎn)化效率,主要取得的成果如下:
　　1.采用水熱法在FTO導(dǎo)電基底制備出了TiO2納米棒陣列,結(jié)合XRD, SEAD確定了TiO2納米棒為金紅石相二氧化鈦,且為單晶結(jié)構(gòu)。研究了不同濃度、不同循環(huán)生長(zhǎng)次數(shù)對(duì)對(duì)納米棒陣列的

3、生長(zhǎng)影響,發(fā)現(xiàn)提高生長(zhǎng)濃度,循環(huán)次數(shù)對(duì)TiO2納米棒所組裝的太陽(yáng)能電池的光電性能有顯著提高。分別采用0.5ml,1.0ml,1.5ml濃度的鈦酸四正丁酯生長(zhǎng)的TiO2納米棒所組裝的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1.42%,1.56%,0.77%。
　　2.具體探究了結(jié)合不同濃度,和不同循環(huán)生長(zhǎng)次數(shù)制備出的TiO2納米棒所組裝的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,發(fā)現(xiàn)以高濃度0.5ml鈦酸四正丁酯為鈦源形核,低濃度的0.3ml鈦酸四正丁酯進(jìn)行循

4、環(huán)生長(zhǎng),可以得到最優(yōu)的光電性能,為1.92%。
　　3.使用摻雜Li, Fe, Zn元素對(duì)TiO2納米棒陣列進(jìn)行改性,發(fā)現(xiàn)摻雜Zn元素對(duì)電池性能有較大的提高,并對(duì)Zn元素能提高光電性能的作出了具體的分析,使用SEM對(duì)納米棒的形貌進(jìn)行表征,使用XRD, XPS對(duì)TiO2納米棒的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析,使用IV, EIS, UV-VIS等對(duì)TiO2納米棒陣列的光電性能進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn),摻入適量的Zn元素可以提高TiO2納米棒在400-8