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染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其光电转化效率高、生产工艺简单,成本低廉,性能稳定,环保友好以及使用寿命长等优点成为新一代的太阳能电池。光阳极和敏化剂作为DSSC的重要组成部分成为研究的热点,传统的光阳极材料和敏化剂是TiO2纳米晶和染料。电子在TiO2纳米晶中传输时需要通过大量的晶界而导致速度慢、复合多、寿命短。TiO2纳米管阵列(TNTs)能够让电子沿着管壁的方向快速的传输来减少复合增加寿命;另外,电子在单晶的TiO2纳米颗粒(NPs)内也能够快速扩散,也是一种良好的阳极材料。由于染料价格昂贵,环境(如,水分等)对它的影响较大,而半导体量子点(QDs)成本低廉、易于制备、稳定好,而且具有带隙可调、高消光系数、多激子效应等突出的光电特性,是一种非常有潜力的敏化材料。 本文合成了TiO2 TNTs和单晶的TiO2 NPs,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和高倍透射电子显微镜(HRTEM)等对样品的晶相、形貌进行了表征。将合成的TiO2 TNTs和单晶TiO2 NPs分别制备成光阳极并将其组装成DSSC,采用电化学工作站和单色光光电转化效率(IPCE)系统来测量DSSC的光电性能。本文主要研究内容及结果如下: (1)以含F-和水的乙二醇溶液为电解质,采用阳极氧化法在 Ti基板上合成了TiO2 TNTs,研究其生长机理过程。通过阳极氧化不同时间制备管长不同的TNTs,最高达19.6μm。将TNTs膜从钛片上剥离后转移至FTO基板来制备前照明的电池,随着TNTs膜厚度的增加其电池的光电转换效率先增加后减小,最大效率为6.21%。在FTO玻璃与TiO2膜之间增加一层TiO2量子点阻挡层后,电池的电流密度和效率整体得到大幅度的提高,最大效率为8.43%,相较于无阻挡层的情况,电池效率提高了35.75%。 (2)将阳极氧化得到的TiO2 TNTs在F-氛围的密封环境中通过高温处理原位生成了单晶的锐钛矿相的TiO2 NPs;探索了TiO2 NPs的形成过程,结果表明:当F-浓度过低时,TiO2 TNTs不能完全转化为NPs;且生成的NPs的粒径随着F-浓度的增加而减小。TiO2 NPs光阳极制得的电池其光电转化效率也是先增大后减小,效率最高为8.21%。虽然TiO2 NPs光阳极制得的电池效率略低于TiO2 TNTs光阳极电池的8.43%,但是它制备方法简单,也为TiO2 NPs的制备提供了一种新的思路。 (3)通过连续离子交换沉积法将CdS很好的敏化到TNTs光阳极上,通过化学浴沉积成功合成了CuS对电极,并与多硫电解质一起应用于CdS量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。结果表明:CuS对电极相比Pt电极,更适用于CdS QDSSC,电池效率提高了18.8%。纯水溶剂电解质较水/乙醇溶剂电解质效果更好且更稳定,电池效率提高了22.1%。随着离子交换次数的增加,CdS在TNTs上的覆盖率增加,电流密度和效率增加;继续增加离子交换沉积次数,使得电子复合增加,导致电池效率降低,电池效率最高达到了3.22%,明显高于以Pt为对电极、水/甲醇溶剂电解质组装的电池效率。