TiO2分級結(jié)構(gòu)的可控合成及其在量子點敏化太陽能電池中的應用研究.pdf

1、量子點敏化太陽能電池(QDSSC)是一種新型的高效、低成本光電器件，近年來引起了研究人員的廣泛關注。半導體光陽極膜是QDSSC的核心部件，它在QDSSC中起著吸附量子點、傳遞光生電子的作用，光陽極的結(jié)構(gòu)和制作工藝決定了QDSSC最終的光電轉(zhuǎn)化效率。理想的光陽極需具備以下條件:(1)高比表面積以滿足量子點高比例的沉積;(2)高光散射能力，進一步拓寬陽極的光捕獲能力;(3)高光電子輸運能力，提高光生電子的收集效率。本文主要通過設計合成不同的

2、二氧化鈦微納米材料，優(yōu)化光陽極膜的結(jié)構(gòu)并提升QDSSC的光電轉(zhuǎn)化效率，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過一步水熱法制備了高比例暴露{001}晶面超薄納米片組裝形成的TiO2分級結(jié)構(gòu)。通過調(diào)控反應時間，發(fā)現(xiàn)TiO2分級結(jié)構(gòu)的形成經(jīng)由成核、生長以及組裝階段。結(jié)合其獨特的分級結(jié)構(gòu)，將其混入納米晶中，并作為QDSSC光陽極組裝電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可以達到3.47％，與由TiO2納米晶組裝的電池轉(zhuǎn)換效率相比提高了～25％。同時利用開路電壓衰

3、減測試證實這樣的效率提升主要是摻入的分級結(jié)構(gòu)提高了光電子復合壽命，減小電子復合機率從而提高了其收集效率。
　　(2)以鈦酸四丁酯(TBT)為鈦源，水熱法合成由銳鈦礦六棱柱組裝形成的TiO2分級結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)TBT的添加量，分別形成具有實心、空心、以及納米顆粒負載六棱柱組裝結(jié)構(gòu)。分別以這三種結(jié)構(gòu)（分別混入～50％的銳鈦礦納米顆粒）作為光陽極。具有納米顆粒負載的多級結(jié)構(gòu)TiO2應用于QDSSC中可以在有效傳輸光電子的基礎上，提高量子點

4、的負載從而得到更高的光電流、光電壓、填充因子和光電子復合壽命，其轉(zhuǎn)化效率達到了3.86％，比基于納米晶的電池轉(zhuǎn)化效率提高了～39％。
　　(3)用冰醋酸作為溶劑通過溶劑熱合成TiO2介孔微球，選區(qū)衍射證實，這樣的微球結(jié)構(gòu)由納米級初級單元有序組裝形成，具有類單晶結(jié)構(gòu)。通過控制TBT添加量，調(diào)控其平均粒徑為～100，～200，～300和～1000納米，并用所合成的微球作為光陽極材料制成QDSSC?；趤單⒚壮叽绲腡iO2微球的光陽極具