CZTS-TiO2納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)光陽極的溶劑熱制備及性能研究.pdf

1、由于TiO2納米線陣列在光電荷的分離和傳輸上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，該結(jié)構(gòu)的制備及在光電性能方面的應(yīng)用成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。但 TiO2納米結(jié)構(gòu)的禁帶寬度大（Eg=3.2eV），只能吸收紫外光，有望通過離子摻雜、窄帶半導(dǎo)體復(fù)合等方式改性提高光電性能。硫?qū)倩衔顲u2ZnSnS4（CZTS）具有環(huán)境友好、原料來源豐富、光吸收系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是良好的改性材料。本文旨在 TiO2納米線陣列可控制備的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑 TiO2絨狀納米線以增加比表面積

2、和光散射，并通過溶劑熱原位生長(zhǎng)法制備CZTS/TiO2納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，探索基于TiO2納米線的復(fù)合光陽極的性能。
　　首先通過水熱法在鈦箔表面制備了TiO2納米結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了水熱反應(yīng)參數(shù)（溫度、時(shí)間、NaOH濃度）對(duì)薄膜形貌、結(jié)構(gòu)及其組裝的染料敏化太陽能電池（DSSC）光電轉(zhuǎn)換性能的影響。結(jié)果表明在高溫（220℃）和低濃度（1 mol·L-1NaOH）的水熱條件下可以合成垂直于基底生長(zhǎng)的TiO2納米陣列，其吸附N719染料后組裝

3、的DSSC光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)1.29％。
　　用溶劑熱法合成了CZTS/TiO2納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控溶劑熱反應(yīng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)了純相CZTS的沉積，其形貌隨時(shí)間增加經(jīng)歷了納米顆粒向納米片再向納米花的轉(zhuǎn)變；在乙醇溶液中，改變前驅(qū)液濃度和反應(yīng)溶劑可以控制 CZTS的沉積量和尺寸，當(dāng)硫脲濃度為2.288 mmol·L-1時(shí)， CZTS/TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)樣品中CZTS的沉積量和尺寸最佳，其光電流密度是純TiO2的22.6倍，達(dá)到最大；當(dāng)采用

4、不同溶劑作為前驅(qū)液時(shí)，DMF中沉積的CZTS顆粒尺寸最小，光電流密度最大；前驅(qū)體的硫源種類會(huì)影響CZTS的形貌和結(jié)構(gòu)。
　　為了增大 TiO2納米線比表面積，增加復(fù)合半導(dǎo)體的沉積量，進(jìn)一步構(gòu)筑了 TiO2絨狀納米線結(jié)構(gòu)，其DSSC光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.1%。用DMF溶液溶劑熱法成功制備了CZTS/TiO2絨狀納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)硫脲濃度為11.432 mmol·L-1時(shí)，CZTS納米片在TiO2絨狀納米線表面達(dá)到均勻包覆效果，其光電化