TiO2納米管陣列膜的CdX(X=S,Se)修飾及在光生陰極保護和太陽能電池中的光電行為研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)是一種重要的無機半導體功能材料,已被廣泛應用于太陽能轉換等領域。但由于TiO2禁帶寬度較寬(3.2 eV),僅能被能量較高的紫外光激發(fā),且光生電子-空穴對快速復合,導致其對太陽光的利用效率較低。通過在ZiO2表面復合窄禁帶半導體材料,利用半導體能級的交疊,可有效地擴展光響應范圍,同時抑制光生電子一空穴對的復合,提高量子產率。
　　 本論文首先在鈦金屬表面制備高度有序的TiO2納米管陣列,并以此為基底沉積窄禁帶

2、的半導體材料(Cds、CdSe),制備CdX(X=S,Se)@TiOz復合光陽極。利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X-射線電子能譜、紫外-可見-近紅外分光光度計等對制得的復合光陽極的結構、組成、光吸收性能等進行表征,還考察了復合光陽極的光生陰極保護性能和在太陽能電池中的光電特性。主要研究成果如下:
　　 采用電化學陽極氧化法,在Ti基底表面制備陣列排布的TiO2納米管。通過調節(jié)實驗參數(shù)可實現(xiàn)納米管的口徑及管長的控制,具有極好

3、的重現(xiàn)性。實驗表明,將Ti基底置于含NH4F的乙二醇中性電解液中陽極氧化,經反應3 h可制得厚度約為22μm的TiO2納米管陣列膜。利用TiCl4對所制得的TiO2電極進行表面處理,光電流譜測試表明,處理過的光陽極表現(xiàn)出更為優(yōu)異的光電化學性能。
　　 在HF體系中制得管長約為450 nm的TiO2納米管陣列,并采用連續(xù)離子層吸附反應法(SILAR),在TiO2納米管表面均勻沉積ZnS／CdS薄膜,制得ZnS／CdS@TiO2復合

4、光陽極。實驗表明,復合窄禁帶半導體CdS,能有效地擴展光陽極的光吸收范圍至可見光區(qū),同時顯著提高光電流響應強度；此外,在CdS@TiO2復合電極表面包覆ZnS殼層,可明顯地改善其光穩(wěn)定性。將所制得的ZnS／CdS@TiO2復合光陽極與置于0.5 M NaCl溶液中的403不銹鋼(403SS)電極進行偶聯(lián),電化學測試表明,在光照條件下,光生電子可使403SS電極電位明顯負移,實現(xiàn)高效率光生陰極保護。
　　 在含NH4F的乙二醇電解

5、液中陽極氧化獲得長度約為22μm的ZiO2納米管陣列膜,采用連續(xù)離子層吸附反應法(SILAR)在TiO2納米管表面沉積少量的CdS量子點,并以此為晶核,低溫下化學沉積CdSe薄膜,制得CdSe／CdS敏化的TiO2納米管陣列膜。將一系列復合光陽極組裝太陽能電池,測試結果表明,反應30 h制得的樣品的能量轉換效率達到2.20％。此外,將TiO2納米管置于密閉的容器中進行熱處理,由于納米管內殘留的極少量氟離子具有誘導納米管轉化為納米顆粒的作