金屬離子摻雜TiO2薄膜電極的制備及光電性能研究.pdf

1、TiO2薄膜電極作為染料敏化太陽能電池(DSSC)的光陽極，具有吸附染料、電子富集及轉(zhuǎn)移等作用，它的結(jié)構(gòu)、特性對(duì)電池的性能有顯著影響。本文采用水熱法制備了TiO2膠體溶液，對(duì)其合成參數(shù)進(jìn)行工藝條件優(yōu)化，同時(shí)制備了金屬離子摻雜TiO2，并研究金屬離子摻雜對(duì)電池光電性能的影響。主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)以鈦酸四丁酯、硝酸、去離子水為原料，采用水熱法合成TiO2膠體溶液。通過XRD、TEM、SEM、XPS等對(duì)TiO2進(jìn)行表征。將

2、膠體溶液制備成薄膜電極并組裝電池進(jìn)行光電性能測試，考察了膠體不同反應(yīng)溫度、時(shí)間及涂膜次數(shù)等對(duì)DSSC光電性能的影響，結(jié)果顯示薄膜電極最佳的所對(duì)應(yīng)的膠體合成條件為200℃下反應(yīng)時(shí)間12h，最佳涂膜次數(shù)為3次。
　　 (2)制備Sn4+摻雜的TiO2膠體溶液，在較低溫度下通過僅引入Sn4+即合成了金紅石型TiO2納米棒。通過XRD及SEM對(duì)不同Sn4+摻雜比例TiO2的晶型及形貌進(jìn)行分析，研究表明Sn4+促進(jìn)TiO2由10-15nm

3、顆粒狀的銳鈦礦相向長度100-200nm、寬度為20-30nm的棒狀金紅石相轉(zhuǎn)變，TEM顯示棒狀納米晶的形成是晶體沿著110晶面發(fā)生定向生長的結(jié)果，且形貌轉(zhuǎn)變與晶相轉(zhuǎn)變伴隨發(fā)生。對(duì)摻雜樣品進(jìn)行光電性能研究，結(jié)果表明光電轉(zhuǎn)換效率（η）與薄膜電極材料的晶相組分及形貌之間有一定的關(guān)系，摻雜比例達(dá)到0.75％以后，樣品的晶相組分及形貌不再隨摻雜比例的增大而發(fā)生變化，進(jìn)而光電轉(zhuǎn)換效率不再變化。
　　 (3)制備了Sr2+不同摻雜量的TiO

4、2膠體溶液，將其制備薄膜電極。XRD顯示Sr2+摻雜抑制部分銳鈦礦型TiO2向金紅石型的轉(zhuǎn)變及促進(jìn)晶粒尺寸的減小，SEM顯示Sr2+摻雜TiO2薄膜表面為三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。(I)-(V)測試表明，Sr2+摻雜TiO2膠體僅分布于表相，則促進(jìn)光電轉(zhuǎn)換效率的提高，摻雜比例為1％時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.94％，較未摻雜TiO2薄膜電極提高了11.5％。對(duì)Sr2+摻雜薄膜電極進(jìn)行微觀動(dòng)力學(xué)研究，得知Sr2+摻雜促使TiO2薄膜電極的電荷收集效率