二氧化鈦光陽極膜的改性及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、一維納米材料的比表面積和長徑比大，量子限域效應(yīng)和表面效應(yīng)好，在磁、光、電和催化等領(lǐng)域具有大的應(yīng)用前景。相比于TiO2納米顆粒，一維TiO2納米纖維具有少的晶界，能夠為提供直接的電子傳輸通道，因此在染料敏化太陽能電池(DSSCs)和光催化上有著重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的一維納米材料制備工藝復(fù)雜，限制了其發(fā)展。靜電紡絲技術(shù)可以大量、連續(xù)制備一維納米纖維，方法簡單、成本低廉、應(yīng)用前景廣泛，逐漸獲得研究者的關(guān)注。二維碳納米材料石墨烯能夠加快電子傳輸，減

2、少電荷轉(zhuǎn)移電阻，具有柔性、穩(wěn)定、質(zhì)輕、優(yōu)良的光透射率、高的熱傳導(dǎo)率和高導(dǎo)電性等優(yōu)點，在材料和能源領(lǐng)域一直被廣泛使用。水熱合成可以制備出高度結(jié)晶的納米結(jié)構(gòu)，工藝簡便，常與靜電紡絲結(jié)合，對無機一維納米纖維后處理，獲得更多的獨特性質(zhì)。
　　本文通過靜電紡絲和煅燒工藝制備了石墨烯(Graphene)摻雜的TiO2納米纖維，并用熱失重分析(TGA)、傅里葉紅外(FT-IR)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)和拉曼圖譜(Ram

3、an spectroscopy)表征纖維形貌結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，纖維直徑為85 nm，表面光滑;經(jīng)過530℃煅燒后;煅燒后，納米纖維彎曲且粗糙，由納米晶粒堆積而成。石墨烯在納米纖維內(nèi)均勻分布，煅燒后仍然存在。研究其DSSCs光電性能，結(jié)果顯示，石墨烯摻雜量為0.7％時電池光電轉(zhuǎn)換效率最大，最大值為1.2％，比未摻雜時提高的光電效率提高了約1倍。石墨烯摻雜促進電子的快速轉(zhuǎn)移，抑制了電子復(fù)合。
　　隨后，采用水熱法處理0.7wt％ Gra

4、phene/TiO2一維納米纖維，觀察不同反應(yīng)條件下納米棒晶體的形貌，結(jié)果表明，表面晶體為單晶金紅石納米棒，晶體在表面先成核再長大，生長會消耗納米纖維中的晶粒。枝狀結(jié)構(gòu)能夠顯著提高染料吸附量。研究水熱條件下制備的TiO2枝狀納米纖維所組裝的DSSCs的光電性能，結(jié)果表明130℃對應(yīng)的DSSCs的Jsc和η都最大，最大值分別為6.1mA/cm2和2.3％，相比用未處理過的TiO2組裝的DSSCs，分別提高了66％和91％。枝狀結(jié)構(gòu)能夠提高

5、光捕獲，與銳鈦礦型TiO2形成的異質(zhì)結(jié)可以抑制電子-空穴的復(fù)合、改變半導(dǎo)體的費米能級，因而提高短路電流和開路電壓。但是過量金紅石納米棒的包覆，使染料滲透效果降低，會導(dǎo)致電子傳輸?shù)膿p耗，反而會造成短路電流和光電效率的下降。
　　以0.7wt％ Graphene/TiO2作為底層傳輸層，經(jīng)過130℃、30min處理后的Graphene/TiO2枝狀纖維作為散射層，研究兩種不同光陽極膜比例及厚度對光電性能的影響?？偤穸纫欢〞r，隨著枝狀結(jié)

6、構(gòu)比例的增加，光陽極膜染料的吸附、IPCE、短路電流密度和光電效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。雙層比例為1∶2時，DSSCs光電效率最大為2.8％，較比例為1∶0.5時的最小值2.3％提高了21％。枝狀結(jié)構(gòu)的增加有助于染料的吸附、光捕獲以及形成異質(zhì)結(jié)，但是過多的枝狀結(jié)構(gòu)阻礙了染料的滲透吸附，使電子傳輸損耗增大，造成光電效率下降。固定雙層比例為1∶2，研究不同光陽極膜厚度(45、33和26μm)對DSSCs光電性能的影響。隨著膜厚度的減小，染