TiO2、ZnO微纳米材料的制备及其光电功能研究.pdf

摘要 染料敏化太阳能电池(DSSC)制作工艺简单、性能稳定、成本低廉和环境友好等 特点受到国内外研究者的广泛关注。在DSSC的四个组成部分中，光阳极起着吸附染料 分子，收集电子和运输电子以及复合反应位点的作用，对电池的光电转换性有重要的影 响。优化光阳极的光电性能是提高DSSC光电转换效率的重要方式。性能优化的光阳极 薄膜应尽量满足以下条件：提高光阳极薄膜的染料吸附量、提高光阳极薄膜的散射能力、 增强光阳极中光生电子的传输速率、延长电子寿命、优化动态界面电子复合等。综合上 述内容，本文通过水热法和低温共沉淀法合成具有微纳结构的Ti02和ZnO，这种特殊结 构可以增强染料吸附、增强光散射和提高电子传输速率，从而达到增强光电转换效率的 作用。 本论文主要内容如下： (1)通过溶剂热法合成由超薄纳米片组装而成的Ti02分层微球，并用此结构微球 作为光阳极材料制成染料敏化太阳能电池。光阳极薄膜的厚度是影响所制作电池光电性 能的一个重要的参数。因此本文对Ti02分层微球制作的不同厚度的光阳极进行了研究， 实验结果证明厚度为15．9微米的光阳极组装的电池(电池2)的短路电流密度为12．36 mA·cm-2，开路电压为0．73mV，填充因子为61．95以及光电转换转换效率为5．56％，比 厚度为12_3微米和19．4微米的光阳极有更好的光电性能。同时，电池2优于相同厚度 的P25光阳极膜制备的DSSC的性能。超薄纳米片组装的Ti02分层微球的颗粒连接好 可以减小电子传输的阻力，还具有低电子重组、较高的散射能力、较快的电子传输和高 的比表面积(78 mLg叫)，这些因素都有助于光电性能的提高。 (2)通过溶剂法直接在FTO基板上合成不同彤貌的金红石Ti02薄膜。在其他条件 不变的情况下，改变溶剂盐酸和冰乙酸的体积比得到纳米棒，纳米花，纳米球三种形貌 的金红石Ti02薄膜。用这三种薄膜作为光阳极组装成DSSC，测试结果表明Ti02纳米球 结构薄膜作为光阳极的电池的光电转化效率达到1．94％、短路电流达到5．12mA·cnl～，由 于纳米棒和纳米花光阳极组装的电池的性能。原因是Ti02纳米球薄膜具有凸凹不平的表 面结构，能够吸附更多的染料分子。同时，纳米球的表面有很多微孔，可以促进电解液 r 的扩散和电子的传输，有利于提高其光电效率。 (3)通过一个温和的、无污染的水溶液共沉淀法合成由纳米片组装的分层ZnO微 球。以分层ZnO微球作为催化剂在紫外光照射下降解亚甲基蓝溶液，在相同条件下降解 电性能和电化学阻抗谱(EIS)进行测试发现以分层ZnO微球为光阳极的染料敏化太阳 能电池的光电转换效率为2．36％，比商业ZnO为光阳极的染料敏化太阳能电池的光电转 换效率高(1．39％)。主要原因为分层ZnO微球具有较大的比表面积大以及独特的表面 结构，使得它能够吸附更多的染料和利于电子传输。 关键词：二氧化钛，氧化锌，分级结构，染料敏化太阳能电池，光催化 II ABSTRACT SolarCellhasattractedextensiveattentiondue the to is Dye—sensitized productionprocess and cost andSOon．DSSChavefour relativelysimple,stableperformance，lowenvironmentallybenign an inan role electronicand play important adsorptionmolecules，collect components，phot