TiO_2/ZnO枝状核壳结构光阳极的制备及在染料敏化太阳电池中的应用

【摘要】现如今能源危机正在一步步向人们逼近,温室效应、酸雨、雾霾等环境污染对人们日常生活的影响愈加严重,太阳能、风能、水能等清洁能源日益得到人们的开发利用。染料敏化太阳能电池(dye-sensitizedsolarcells,DSSCs)具备转换效率相对较高、制备工艺简单、制作成本相对较低等特性得到了世界各地科学家的广泛研究,以期替代传统晶硅太阳能电池。然而在染料敏化太阳能电池的制备过程中仍然存在比表面积不足、光生载流子复合严重等诸多问题,本文针对染料敏化太阳能电池光阳极进行了一系列研究：利用水热生长法直接在导电玻璃衬底表面制备金红石纳米棒光阳极,详细讨论了前驱体溶液中钛酸四丁酯含量、水热温度、水热时间以及添加剂等水热生长条件对金红石纳米棒光阳极的影响。优选出了金红石纳米棒光阳极的生长工艺。利用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见吸光光谱(UV-VIS)等检测手段对光阳极进行了系统研究。讨论了四氯化钛水溶液处理对金红石纳米棒光阳极DSSCs光电转换性能的影响,在AM1.5100mW/cm2条件下测试,短路电流密度(Short-circuitcurrentdensity,Jsc)为2.49mA/cm2,开路电压(Open-circuitvoltage,Voc)为760mV填充因子(Fillfactor,FF)为0.49,光电转换效率(η)为1.81%。利用直流磁控溅射工艺在金红石Ti02纳米棒阵列光阳极表面制备了锐钛矿相纳米壳层,对核壳结构光阳极进行了XRD、TEM、SEM、UV-VIS等测试。讨论了锐钛矿相纳米壳层在染料敏化太阳能电池中的作用,其存在能够有效减少载流子复合。调整磁控溅射工艺,在磁控溅射6min时制备的核壳结构光阳极光电转换性能最优,在AM1.5100mW/cm2光照条件下测试,开路电压为829mV,短路电流密度为8.5mA/cm2,填充因子为0.4,光电转换效率为2.85%。利用直流磁控溅射工艺在金红石纳米棒光阳极表面制备了氧化锌纳米壳层,对核壳结构光阳极进行了XRD、TEM、SEN、UV-VIS等测试,讨论了不同氧化锌厚度制备的光阳极对染料敏化太阳能电池性能的影响。利用化学水浴法在氧化锌纳米结构表层生长了氧化锌纳米分枝,制备了枝状核壳结构光阳极。讨论了不同水浴时间下制备的枝状核壳光阳极对染料敏化太阳能电池性能影响。讨论了TiO2/ZnO枝状核壳结构光阳极染料吸附时间对染料敏化太阳能电池性能影响,将制备的枝状核壳结构光阳极应用于DSSCs后,在AM1.5100mW/cm2条件下测试,开路电压为712mV,短路电流密度为2.841mA/cm2,填充因子为0.36,光电转换效率为0.72%,在短时间染料浸泡条件下比单纯金红石Ti02纳米棒阵列光阳极制备的DSSCs,光电转换性能提高了10倍之多。
【作者】张增明；
【导师】丁雨田；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】金红石纳米棒；水热法；磁控溅射；核壳结构；染料敏化太阳能电池；

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