CuInS2-TiO2納米復(fù)合陣列薄膜的制備與光電性能研究.pdf

1、一維取向TiO2具有較高的光化學(xué)穩(wěn)定性、長的光生載流子壽命和強(qiáng)的光催化活性，成為光伏電池和光催化領(lǐng)域一種重要的半導(dǎo)體材料。但由于禁帶寬度較大(3.2eV)，只能吸收太陽光中的紫外部分，而紫外光的能量只占整個太陽光譜能量的5％，這就大大限制了TiO2的應(yīng)用范圍。人們研究了許多方法來拓展TiO2的光響應(yīng)范圍，達(dá)到提高轉(zhuǎn)化效率的目的。染料敏化太陽能電池雖然取得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但由于有機(jī)染料價(jià)格昂貴，壽命短和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)限制了其大規(guī)模應(yīng)

2、用。用無機(jī)半導(dǎo)體敏化劑取代有機(jī)染料已成為太陽能電池的一個新的研究熱點(diǎn)。對此，我們制備了TiO2納米棒陣列結(jié)構(gòu)，并嘗試采用窄帶隙無機(jī)半導(dǎo)體CuInS2充當(dāng)敏化劑進(jìn)行復(fù)合，本論文開展了以下三個方面的工作。
　　 (一)采用水熱反應(yīng)的方法在FTO玻璃上制備了TiO2納米棒陣列結(jié)構(gòu)。采用SEM、XRD，TEM對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于FTO上的SnO2和TiO2的晶格匹配關(guān)系，有利于陣列的取向生長。在此基礎(chǔ)上，將TiO

3、2納米棒陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的水熱反應(yīng)，刻蝕出TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)。
　　 (二)在制備了TiO2納米棒陣列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上利用水熱反應(yīng)制備了CuInS2量子點(diǎn)/TiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征了復(fù)合陣列薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌，同時采用紫外-可見吸收分光光度計(jì)(UV-Vis)及光電流-電壓(I-V)曲線研究了CuInS2敏化TiO2納米陣列薄膜的光學(xué)及光電化學(xué)性質(zhì).。通過分析發(fā)現(xiàn)，Cu

4、InS2敏化后在可見光區(qū)的吸收有明顯的增強(qiáng)，當(dāng)TiO2長度為3μm的時候，當(dāng)水熱反應(yīng)沉積6個小時的時候轉(zhuǎn)換效率最高。
　　 (三)采用連續(xù)離子層沉積法，以In2(SO4)3、CuSO4、Na2S為In3+、Cu2+、S2-的離子源，在不同溶劑中制備CuInS2量子點(diǎn)敏化TiO2光陽極。分析了循環(huán)沉積次數(shù)對制備光陽極性能的影響。結(jié)果表明：以乙醇、水為溶劑，能夠增大TiO2納米棒對CuInS2的吸附能力，沉積的CuInS2量子點(diǎn)的尺