TiO2纳米管阵列电极染料敏化太阳能电池.pdf

助 磊盂 材 料 Ti02纳米管阵列电极染料敏化太阳能电池’ 7‘ 冷利民h2，梁春杰1’2，庞起2，兰宇卫1，周立亚1，梁达文2 摘 要： 采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备 地控制了TiO。薄膜的管径和管长，不同温度热处理后 了高度有序的TiO：纳米管阵列。利用SEM、XRD分将TiO。纳米管阵列作为DSSCs光阴极组装成器件， 别对TiO：纳米管阵列的形貌、晶型进行了表征，并通 探讨了各种制备条件对DSSCs光电性能的影响。 过线性扫描伏安法对N719染料敏化纳米管阵列电极 2 实 验 的光电性能进行了研究。实验结果表明，纳米管阵列 的管径和长度随着阳极氧化电压的升高和氧化时间的 2．1 Ti()。纳米管阵列的制备 x25mm× 延长都分别相应增加。同时还发现，通过450℃热处 将工业纯钛片(纯度99％，30mm 理的Ti()。纳米管阵列，具有较好的锐钛矿晶型结构，0．35mm)用金相砂纸逐级打磨至表面无划痕，然后依 其光电转化效率为2．1％。 次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水各超声清洗15rain，经Nz 关键词： 阳极氧化：TiO：纳米管阵列；染料敏化太阳 吹干后待用。在室温下以预处理的钛片为阳极，石墨 能电池 碳棒为对电极，电极间距保持在4cm，整个实验过程在 中图分类号：0646 文献标识码：A 磁力搅拌下进行。阳极氧化电压由直流稳压电源提 文章编号：1001-9731(2010)12—2174—04。 供，以含0．5％(质量分数)NH。F和丙三醇与水体积比 为5：1的溶液为电解液，电解液pH值恒定为6．0，阳 l 引 言 极氧化电压为15～30V。经不同阳极氧化时间后，取 TiO：作为一种典型的过渡金属氧化物，具有化学 出试样用二次去离子水清洗后放入0．1mol／L的盐酸 性质稳定、无毒、较高的光催化活性和染料敏化光电转 溶液中浸泡30min，除去试样表面的残留物，再用去离 化效率等特点，现已被广泛地应用于光催化u唱1和光电 子水清洗并晾干。 转化领域n-9]。染料敏化太阳能电池是新一代低成本、 为了研究TiO。纳米管阵列热稳定性和晶相随温 高效率的太阳能电池，一般由表面吸附染料的纳米 度的变化关系，将阳极氧化过的钛片在程序升温电阻 Ti0：多孔薄膜组成的光阴极、镀铂对电极和电解质溶 炉中作350～600℃的退火处理，升温速率控制为2℃／ 液(如：If／i一)组成。然而，由于光阳极材料纳米颗粒min，在特定温度下恒温2h后随炉自然冷却。 相互聚集的无序性，使得光生电荷不能得到快速有效 2．2染料敏化太阳能电池的组装与测试 的分离和传导，以致电子空穴重新复合的几率增大，从 为了研究经过TiCl。水溶液活化处理与未活化处 而限制了光电转换效率的进一步提高。寻找一种新型 理的光电性能，将经过0．1mol／L的盐酸溶液处理后 有序的微结构替代无规则结构已成为一个重要的研究 方向。其中有序Ti0。纳米管阵列结构是最近研究的热 恒温30min，然后分别用去离子水和无水乙醇进行清 H9)4 洗并晾干，再放入程序升温炉中以2℃／min的升温速 点『l0‘。Grimes等¨；】以含(C4NF的甲酰胺为电 解质溶液采用电化学阳极氧化技术在金属钛基底上制 率升温至450℃后恒温2h，待温度降至70℃左右后将 样品浸泡于浓度为0．25mmol／LN719染料的无水乙 备出了长度达220pm的TiO：纳米管阵列