论文部分内容阅读
随着社会的不断发展，环境问题和能源问题开始成为了人类在21世纪所重视的最主要的两个问题，一种不污染环境的新能源——太阳能，进入了人们的视线。自从1991年O`Regan和Gr tzel将具有高比表面积的纳米晶介孔TiO2引入到染料敏化太阳能电池(DSSCs)，并取得7.12%的光电转换效率。在过去的三十多年间，人们在DSSCs纳米颗粒光阳极的结构设计、材料合成、光电性能表征和机理分析等方面进行了广泛的研究。研究发现二氧化钛纳米棒结构有着较高的电子扩散率，比表面积，可以抑制载流子发生氧化还原反应，从而在DSSCs中具有潜在应用价值。本论文就TiO2纳米棒阵列的制备、生长方法的优化，对其掺杂改性，来提高TiO2纳米棒阵列在DSCCs中的光电转化效率，主要取得的成果如下：1.采用水热法在FTO导电基底制备出了TiO2纳米棒阵列，结合XRD, SEAD确定了TiO2纳米棒为金红石相二氧化钛，且为单晶结构。研究了不同浓度、不同循环生长次数对对纳米棒阵列的生长影响，发现提高生长浓度，循环次数对TiO2纳米棒所组装的太阳能电池的光电性能有显著提高。分别采用0.5ml,1.0ml,1.5ml浓度的钛酸四正丁酯生长的TiO2纳米棒所组装的太阳能电池的光电转化效率达到1.42%,1.56%,0.77%。2.具体探究了结合不同浓度，和不同循环生长次数制备出的TiO2纳米棒所组装的太阳能电池的光电转化效率，发现以高浓度0.5ml钛酸四正丁酯为钛源形核，低浓度的0.3ml钛酸四正丁酯进行循环生长，可以得到最优的光电性能，为1.92%。3.使用掺杂Li, Fe, Zn元素对TiO2纳米棒阵列进行改性，发现掺杂Zn元素对电池性能有较大的提高，并对Zn元素能提高光电性能的作出了具体的分析，使用SEM对纳米棒的形貌进行表征，使用XRD, XPS对TiO2纳米棒的结构和成分进行分析，使用IV, EIS, UV-VIS等对TiO2纳米棒阵列的光电性能进行分析。研究发现，掺入适量的Zn元素可以提高TiO2纳米棒在400-800波长范围内对光的吸收，可以促进电子的传输。以0.4ml的钛酸四正丁酯为生长浓度，10h的水热生长为标准样制备TiO2纳米棒，掺杂不同浓度的醋酸锌，发现当掺杂量为0.45g，TiO2纳米棒所组成的太阳能电池可以达到的转化效率为1.61%，相较于标准样转化效率的0.8%，有很大程度上的提高。