TiO2納米管陣列的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、能源問題與環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的最大的也是亟待解決的問題,尋找一種清潔能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源變成了當(dāng)務(wù)之急,太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源越來越受到社會各界的關(guān)注。
　　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能電池(DSSCs),并取得7.1％的光電轉(zhuǎn)換效率。此后,DSSCs成為太陽能電池領(lǐng)域新的研究熱點。光陽極是染料敏化太陽能電池的核心組件之一。它是染料分子的

2、載體,同時也起著分離和傳輸電子的作用。在過去的二十多年間,人們在光陽極的材料合成、結(jié)構(gòu)設(shè)計、光電性能表征和機理分析等方面進(jìn)行了廣泛的研究。研究發(fā)現(xiàn),TiO2納米管具有出色的傳輸電子的能力同時具有較大的比表面積,從而在DSSCs中具有潛在的應(yīng)用價值。本論文就TiO2納米管陣列的制備、剝落、復(fù)合多層膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其在DSSCs中的應(yīng)用開展了如下研究:
　　1.采用二次陽極氧化法制備出管徑約~100nm,長度約~15μm的TiO2納米管

3、陣列薄膜,以此為基礎(chǔ),研究其復(fù)合結(jié)構(gòu)在DSSCs中的應(yīng)用。通過XRD、FESEM、TEM分析等測試方法對納米管陣列以及合成的TiO2中空球進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌表征。
　　2.采用疊層結(jié)構(gòu)將TiO2納米管和納米顆粒進(jìn)行復(fù)合制備出新型光陽極,實驗結(jié)果表明:這種多層結(jié)構(gòu)染料電池顯示出了優(yōu)于傳統(tǒng)的二氧化鈦納米多孔膜結(jié)構(gòu)染料電池,在三層復(fù)合時可以達(dá)到最大效率7.76%。這是由于該復(fù)合結(jié)構(gòu)有機的結(jié)合了納米管陣列優(yōu)越的電子傳輸?shù)奶匦院图{米顆粒多孔膜

4、巨大的比表面積的優(yōu)點。
　　3.為提高納米管陣列染料電池的光電性能,本文制備了由納米管陣列與中空球復(fù)合的雙層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)光陽極,并研究了該雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)DSSCs的漫反射性能以及光電轉(zhuǎn)換性能,其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到6.9%。這是由于雙層膜結(jié)構(gòu)光陽極的頂層TiO2中空球作為散射層具有較強的光散射能力,增加了光在薄膜中的行程,提高了染料電池對可見光的捕獲效率;下層TiO2納米管陣列具有較大的比表面積和良好的電子傳輸能力,從而有利于提高光生電