稀土離子摻雜TiO2納米材料的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、納米尺寸的TiO2半導(dǎo)體材料具有較高的禁帶寬度與耐光腐蝕性，因此被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵氐墓怅枠O材料[1]。適當(dāng)?shù)膿诫s金屬和非金屬元素?fù)诫s有利于改善 TiO2的光吸收，抑制光生載流子的復(fù)合，拓寬可見光譜的響應(yīng)范圍并提高光電性能。因此，如果利用下轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理把紫外光轉(zhuǎn)換為能被染料吸收利用的可見光，對于提高染料敏化太陽能電池(DSSC)的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要的意義。本論文通過摻雜稀土元素提高了DSSC對光的利用率，增大了光電流，從

2、而提高了光電轉(zhuǎn)換效率，其測試結(jié)果如下：
　　1）為了提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率，將Sm3+摻雜到TiO2光陽極中：增強(qiáng)了對可見光的吸收、比表面積和光電流密度Jsc。不同的摻雜量相對比，最優(yōu)摻雜量為0.05 g-Sm/TiO2，填充因子為0.69，光電轉(zhuǎn)換效率為7.23％，它的性能明顯優(yōu)于未摻雜Sm3+的光陽極。其提高的主要原因是Sm3+的引入，從而利用下轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理把紫外光轉(zhuǎn)換為能被染料吸收利用的可見光以及增加染料的吸附量。

3、>　　2）采用水熱-煅燒法制備了 La3+摻雜的TiO2的下轉(zhuǎn)換納米材料，并且將其應(yīng)用于DSSC中。通過XRD、SEM、EDX等對La/TiO2的光陽極的結(jié)構(gòu)、形貌、下轉(zhuǎn)換發(fā)光特點(diǎn)行進(jìn)了表征。在摻雜量為0.05 g-La/TiO2中，所制DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率最高為7.02%，比未摻雜時高10.36%。光電轉(zhuǎn)換效率提高的主要原因染料吸附量的增加和可見光利用率的增加。
　　3）通過水熱-煅燒法制備了Ce/TiO2納米材料，并將其應(yīng)用

4、于DSSC中。通過XRD、SEM、EDX等方法對其物理性質(zhì)進(jìn)行了表征，J-V、EIS、UV-Vis等手段對其電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測試。當(dāng)摻雜量為0.05 g-Ce/TiO2時，DSSC的光電性能最好，達(dá)到了7.02%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　4）采用水熱-超聲法制備了Sm3+摻雜的介孔TiO2的下轉(zhuǎn)換納米材料，并且將其應(yīng)用于DSSC中。Sm摻雜的TiO2薄膜電極具有較大的比表面積因此具有較高的染料吸附量，并且 Sm的特殊性質(zhì)有利于內(nèi)部電子