TiO2基光陽極的改性及光電性能研究.pdf

1、能源問題已經(jīng)成為影響人類生存與發(fā)展的嚴(yán)重問題。因此發(fā)展新能源及新能源材料是人類進(jìn)入21世紀(jì)亟待解決的重大課題。染料敏化太陽能電池由于其廉價(jià)的成本，簡單的制作方法和潛在的光電轉(zhuǎn)化效率，成為太陽能開發(fā)和利用的有效途徑。納米TiO2多孔薄膜電極是染料敏化太陽能電池的重要組成部分，研究光陽極材料和光陽極微觀結(jié)構(gòu)是染料敏化太陽能電池的研究熱點(diǎn)之一。本文主要研究光陽極材料，制備出N摻雜TiO2多孔薄膜電極，與P25薄膜電極對(duì)比研究N摻雜TiO2薄膜

2、電極的光電性能及阻抗性能；通過表面修飾的方法，改性P25光陽極與未經(jīng)表面修飾的P25光陽極對(duì)比研究表面修飾對(duì)染料敏化太陽能電池光電性能的影響；通過不同粒徑的TiO2粉體復(fù)合制備TiO2復(fù)合光陽極，與P25薄膜電極對(duì)比研究其光電性能。
　　通過高溫空氣中氧化TiN的方法，制備了具有金紅石和銳鈦礦混合相的N摻雜TiO2。通過XRD、SEM、XPS、UV-vis、光電性能測(cè)試、交流阻抗等測(cè)試手段，對(duì)N摻雜TiO2進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能表征。結(jié)果

3、表明：經(jīng)550℃高溫氧化TiN薄膜30min時(shí)，所制得的N摻雜TiO2光陽極的電池性能要優(yōu)于同等條件下制備的P25薄膜的性能。交流阻抗（EIS）分析表明：N摻雜TiO2薄膜太陽能電池的光生電子在N摻雜TiO2薄膜/電解液界面之間的電阻比P25薄膜/電解液界面的阻抗小，從而利于電子的有效傳輸，抑制了電子與空穴的復(fù)合，最終提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　采用鈦酸四丁酯對(duì)P25薄膜進(jìn)行表面修飾，改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，從而改善膜層內(nèi)光生電子

4、的傳輸路徑及速度，達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)化效率的目的。且研究發(fā)現(xiàn)鈦酸四丁酯表面修飾液的改善能力高于傳統(tǒng)四氯化鈦修飾液的改善能力。通過粒徑為20nm的P25粉體和粒徑為100nm的TiO2粉體復(fù)合制備光陽極，控制兩種粒徑的質(zhì)量比，以調(diào)節(jié)納米多孔薄膜的孔徑大小，提高入射光的吸收率，達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)化效率的目的。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)20nmP25:100 nmTiO2的質(zhì)量比為75％:25%時(shí)，所制備的復(fù)合光陽極的光電轉(zhuǎn)化效率最高，光電性能參數(shù)為：短路光電流