二氧化鈦納米陣列及其在柔性染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、伴隨著化石燃料的使用帶來的日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染和資源枯竭問題，人類對(duì)于清潔能源的需求已十分迫切。太陽能作為萬物之源，具有能量巨大、可持續(xù)、清潔方便等優(yōu)點(diǎn)，而利用太陽能發(fā)電則是太陽能利用的重要形式。染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cells。DSSCs）自被開發(fā)出來就成為材料科學(xué)、物理、化學(xué)等交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它具有易制造、低成本、無污染、高光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)。而隨著柔性以及可穿戴電子設(shè)備的日趨流行，柔性 D

2、SSCs作為供能設(shè)備具有重要的研究意義。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)二氧化鈦（TiO2）納米陣列及其它在剛性和柔性DSSCs中的應(yīng)用進(jìn)行了以下幾方面的研究：
　?。?）水熱生長出 TiO2金紅石相納米線陣列，再通過進(jìn)一步水熱刻蝕的方法將其轉(zhuǎn)換成為納米管陣列，這使得表面積獲得巨大提高。當(dāng)作為DSSCs的光陽極時(shí)，其顯著增大的表面積以及光散射能力使電池的光電轉(zhuǎn)換效率從1.6％提升到3.4%，增加約一倍。
　　（2）水熱生長出TiO2銳鈦礦

3、相分枝納米管陣列，相比于金紅石納米線/管陣列，它具有更大的比表面積，而且銳鈦礦相TiO2光陽極的性能往往優(yōu)越很多，所以它能實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率（5.08%）。為了進(jìn)一步提高光陽極的性能，基于這種TiO2分枝納米管陣列，構(gòu)建一種雙層結(jié)構(gòu)光陽極。這種雙層結(jié)構(gòu)能充分利用納米顆粒的巨大比表面積以及一維納米管陣列優(yōu)秀的電子傳輸能力，其 DSSCs實(shí)現(xiàn)了7.24%的光電轉(zhuǎn)換效率，相比于純 P25 DSSCs（5.50%）或純分枝納米管DSSCs（

4、5.08%）獲得了巨大提高。
　?。?）在剛性基底獲得成功后，進(jìn)一步以柔韌性好的鈦絲網(wǎng)為基底，制備出三種不同的TiO2納米陣列：納米管、納米線和分枝納米線。通過兩步水熱法制備的分枝納米線實(shí)現(xiàn)了最高的光電轉(zhuǎn)換效率（1.76%），這比最常用的電化學(xué)氧化法得到的納米管材料要高（1.52%）。我們還進(jìn)一步研究了柔性DSSCs的對(duì)電極，商用墨水可以作為一種輕質(zhì)、高效、低成本的對(duì)電極選擇。最后，將柔性的光陽極與對(duì)電極組合起來制備出完整密封的D