新型TiO2同质异构纳米有序阵列的制备、掺杂及其光电性能研究

本项目拟在FTO衬底上生长细长的单晶金红石TiO2纳米线阵列，并对其进行金属（Nb/Ta/W）离子可控掺杂，再通过磁控溅射法在掺杂的纳米线上沉积一薄层的锐钛矿TiO2，构筑掺杂的TiO2同质异构纳米有序阵列，替代传统纳米颗粒层层堆积的TiO2颗粒膜光阳极，研究此新型染料敏化光电器件的电子输运行为，使光生电子经壳层锐钛矿TiO2高产额地注入金红石TiO2纳米线，并沿其长度方向快速传输到阳极的导电膜，有效减少传统染料敏化电池中光生电子经众多颗粒到阳极导电膜的传输过程中的多次晶界散射损失、晶界处和穿越电解质的复合损失；壳层锐钛矿TiO2的存在可抑制注入电子的反向迁移，大大减少注入电子与氧化态电解质和染料的复合损失；同时金属离子注入可控掺杂可显著提高单晶金红石TiO2纳米线的电导率，营造更快速的电子传输通道，更进一步减少电子的传输损失，以期获得优良的敏化电池光电转换特性与相关技术及理论机制等信息。

围绕高比表面面积TiO2纳米有序阵列的制备、生长机理研究、掺杂改性研究、以及染料敏化太阳能电池的设计组装和性能研究开展了一系列的工作。我们成功制备出了高比表面面积的TiO2纳米有序阵列。同时，通过引入致密的TiO2缓冲层，制备出长度达13微米的TiO2 纳米杆阵列。进一步引入后刻蚀处理技术，使纳米杆顶部分裂成更细小的纳米线，从而有效增加TiO2 纳米杆阵列的比表面积，使光电转换效率提高了约200%。我们也构筑了基于TiO2纳米有序阵列的复合光阳极，显示出显著增强的光电转换效率。我们也研究了基于TiO2纳米结构的表面修饰及其光电性能。上述相关研究发表SCI论文14篇，文章被他人多次引用。