TiO2一维纳米阵列在新型太阳能电池中的应用研究

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新型敏化太阳能电池兼有制作成本低,工艺可操作性强,光电性能优等优点已成为时下的热点,并引起世界各地的研究者们高度关注。本论文根据当下研究的热潮—染料敏化太阳能电池(DSSC)和钙钛矿太阳能电池分别做了相关的研究。通过优化制备可控尺寸的TiO2纳米棒阵列应用于钙钛矿太阳能电池中,并且对TiO2纳米棒阵列进行掺杂以提高其性能。文中还在钛网上制备新型Pt/TiO2-NTs/Ti网状电极并将其应用在柔性DSSC中。本论文主要工作概括如下:  (1)以钛酸四丁酯为钛源,在盐酸溶液中通过简单的一步水热法制备出垂直取向的TiO2纳米棒阵列。通过XRD测试分析得知该TiO2纳米棒为金红石型;FESEM照片显示纳米棒长度约550 nm,直径约100 nm且整齐排列。经过优化的钙钛矿太阳能电池,它的光电转化效率达到6.05%比未优化的电池效率(3.78%)提高约60%。  (2)体积比为1∶1的盐酸和水的钛酸四丁酯体系中,加入SnCl4·5H2O,进行一步法水热,制备出Sn掺杂的TiO2纳米棒。通过SEM观察Sn掺杂的TiO2棒长约600 nm,宽约100 nm,UV-vis分析通过Sn的掺入使得TiO2的带隙发生了改变;I-V测试和IPCE测试得到Sn掺杂的TiO2纳米棒较未掺杂都有所提高;交流阻抗分析Sn掺杂的TiO2纳米棒内部电阻比未掺杂的TiO2纳米棒电阻要小,这就直接影响电池内部电子的传输和抽离,进而影响整个电池的光电转化效率。  (3)采用阳极氧化的方法在菱形钛网上制备出TiO2纳米管阵列,并利用钛网独特的网状透光结构将其应用在DSSC中。由于钛网的有效面积很小,故希望通过增加比表面的方法来增加Pt的附着量。实验中讨论了钛网阳极氧化的时间和电压以及氯铂酸醇溶液的优化。该新型网状电极的稳定性通过循环伏安法来测定。其电化学活性则使用交流阻抗法来研究。实验中还对光阳极钛箔进行了优化处理,最终制备的柔性电池通过光从钛网一侧入射,得到5.16%的光电转化效率。
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