TIO2纳米管薄膜的制备及其光电性能研究

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1、第37卷第1期北京化工大学学报(自然科学版)Vo1．37．No．12010年JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)201OTiO2纳米管薄膜的制备及其光电性能研究王立新郑言贞陶霞陈建峰(北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室，北京100029)摘要：将水热法制备的TiO，纳米管在600~C下焙烧，用焙烧产物制备染料敏化太阳能电池中的薄膜电极，同时与未焙烧的TiO，纳米管制备的薄膜电极进行光电性

2、能比较。结果表明，60O℃焙烧纳米管产物制备的薄膜电极短路电流和开路电压分别达到17．45mA／cm和0．60V，光电转化效率提高到5．65％，高于未焙烧的TiO纳米管制备的薄膜电极相应值，且机械性能良好，不易剥落。关键词：TiO，；形貌；染料敏化太阳能电池；转化效率中图分类号：TQ050司；聚乙二醇20000，顺一二硫腈根-二(2，2·联吡啶-引言4，4一二羧酸)合钌(II)(N3染料)，4-叔丁基吡啶，染料敏化太阳能电池是一种环境友好、廉价高1，2．二甲基．3．丙基咪唑碘(DMPII)，碘，碘

3、化锂，3．效的新型光伏电池，近年来受到各国的广泛重甲氧基丙腈，分析纯。视。染料敏化太阳能电池中，TiO：薄膜电极的表1．2Tio：纳米管的制备面形貌和性质直接关系到电池性能的优劣。已有将4．0gTiO，纳米颗粒P25和80mL10mol／L研究表明引入纳米线、纳米管、纳米棒等一维材料有NaOH溶液混合均匀，超声分散0．5h，搅拌下倒入利于光电子在薄膜中的传导，提高光电流密度；单聚四氟乙烯杯中，置入密闭的高压釜，在160cI=油浴一的锐钛矿晶型和高结晶度有利于减少光电流在薄中保温12h。将高压釜取出

4、，自然冷却至室温，取出膜中的损失；增大薄膜电极比表面积可以提高敏化聚四氟乙烯杯，倾出上清液，下层沉淀物用0．1mol／染料的吸附量，进而提高光子的捕获效率。LHC1溶液中和至pH值为7，用去离子水清洗数水热合成的TiO：纳米管通常被直接涂覆于导次，离心得到白色沉淀，即为TiO纳米管。将纳米电玻璃上作为TiO薄膜电极，此种薄膜电极表面管在烘箱中干燥后，于600oC下焙烧0．5h，得到纳平整度不佳，且在干燥、焙烧及应用过程中容易剥米棒与断裂碎片混合物。将焙烧前后的TiO纳米落。虽然通过电化学沉积等方法

5、可制备高转化率纳颗粒分别记为样品a和b，将焙烧前后的TiO：纳米米管电极薄膜，但其操作复杂，耗时长。管分别记为样品C和d。本文将TiO纳米管在600℃焙烧，用涂敷法将1．3TiO：电极的制备焙烧产物制备成薄膜电极，其光电性能优于用未焙取TiO：纳米管、600oC焙烧纳米管产物各1．0烧的TiO纳米管制备的薄膜电极。g，与聚乙二醇按质量比10：1混合均匀，置于研钵中，加入适量去离子水，研磨均匀，用手术刀法在清1实验部分洗干净的导电玻璃上成膜，膜面积为0．5Cm。自然1．1材料干燥后，放人马弗炉中于5

6、00oC烧结0．5h。随炉冷TiO，P25型，德固萨公司；导电玻璃，NSG公却至80℃时将TiO薄膜电极取出，浸入0．5×10I3mol／LN3染料的无水乙醇溶液中，静置24h。收稿日期：2009—03—16采用同样方法将600℃焙烧前后的TiO：纳米基金项目：国家“863”计划(2007AA03Z343)；国家自然科学颗粒制备成膜，作为对比试验。基金(20776014)1．4染料敏化太阳能电池的组装第一作者：女，1983年生，硕士生将TiO电极从染料溶液中取出，用乙醇冲洗，通讯联系人Email：

7、taoxia@mail．buct．edu．cn洗去吸附在表面的染料，用热封膜将TiO电极和热第1期王立新等：TiO!纳米管薄膜的制备及其光电性能研究解法制备的铂对电极封装，从侧面预留小孔中滴入(a)为原料TiO，颗粒P25的TEM照片，P25粒径为电解液。电解液的组成为：0．5mol／L4-叔丁基吡25nm左右，且分布均匀。600℃焙烧0．5h后纳米啶，0．6mol／LDMPII，0．05mol／L碘，0．1mol／L碘化颗粒粒径及形貌未发生明显变化(图1(b))。水热锂，溶液为3一甲氧基丙腈。反

8、应12h后得到的产物为从几百nm到1m不等1．5分析测试的TiO纳米管(图1(C))，从图1c的内插图可以看用XL．30扫描电子显微镜(美国FEI)观察薄膜出纳米管外径约8nm，壁厚约2fin。经600oC焙烧的表面形貌；用XRD一6000型x射线衍射仪(日本岛0．5h后，纳米管塌陷破损，形成棒状和片状掺杂的津)测定TiO，的晶体结构；用H一800透射电子显微不规则形貌(图1(d))。镜(日本Hitachi)观察TiO，纳米颗粒及纳米管的形2．2Tio纳米颗粒的晶形貌；用CHI66