稀土-氧化石墨烯修飾的TiO2納米管陣列在染料敏化太陽能電池中的應用.pdf

1、隨著人類對煤礦、石油等傳統(tǒng)能源需求的增加所產(chǎn)生的“溫室效應”已經(jīng)給社會帶來了巨大的環(huán)境問題使得人們迫切需要開發(fā)可再生的、綠色的太陽能來取代。太陽能電池是一種利用光伏能量轉(zhuǎn)換將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的器件。1991年Gr?tzel研究出了效率高、成本低和制作工藝簡單的染料敏化太陽能電池(DSSC),有序的TiO2納米管作為DSSC的光陽極能夠增強電子的定向傳導能力,同時能夠提高光生電子和空穴的有效利用率,從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但由于TiO

2、2的寬帶隙導致其陣列沒法很好的抑制電子-空穴對的復合,也不能很好的吸收可見光。
　　稀土離子由于具有轉(zhuǎn)換光的作用,將稀土離子引入 TiO2納米管當中將能提高其對光的利用率,還能增加其比表面積。氧化石墨烯具有獨特的物理化學性質(zhì),其與一些無機半導體復合形成的復合物對半導體的性質(zhì)有著顯著的改善。本文通過制備稀土溶液與氧化石墨烯溶液來對 TiO2納米管光陽極進行修飾處理來提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1

3、)用配制的稀土溶液Eu(NO3)3對TiO2納米管水熱處理后組裝到DSSC上。實驗結(jié)果表明在 TiO2納米管表面生成 Eu2O3納米顆粒,對染料的吸附量增加,在光照強度為100 mW·cm-2模擬太陽光下,最優(yōu)光電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率為11.7 mA?cm-2和6.58％相比于純TiO2納米管組裝的DSSC提高了36%和37.6%。
　　(2)用水熱法將TiO2納米管在Er(NO3)3溶液中處理后組裝到DSSC上。實驗結(jié)果表明在

4、TiO2納米管表面生成 Er2O3納米顆粒,對染料的吸附量增加,最優(yōu)光電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率為12.5 mA?cm-2和6.77%相比于純TiO2納米管組裝的DSSC提高了45%和41.6%。
　　(3)采用改進的Hummers’法制備氧化石墨烯溶液,用浸泡法對TiO2納米管進行處理,這個過程中可以形成TiO2/氧化石墨烯復合薄膜。實驗結(jié)果表明TiO2/氧化石墨烯復合薄膜在可見光區(qū)有一個吸光度的增強。其組裝的 DSSC光電流密度和