新型透明导电薄膜TiO2:Nb的籽晶层(001)诱导生长与光伏应用

高稳定性的TiO2:Nb(NTO)锐钛矿薄膜因低成本和高性能而有望成为新一代透明电极材料。然而，推广应用受制于薄膜生长需要特定单晶衬底的辅助。本项目中，申请人提出在同质籽晶层的高能量(001)晶面上引导生长出NTO透明导电薄膜的新方法，并研究NTO薄膜在染料敏化太阳电池中的应用。研究内容：（1）(001)取向TiO2籽晶层制备。利用廉价的化学法,在玻璃等衬底上制备高能量(001)取向的TiO2纳晶膜。（2）高能籽晶面引导NTO薄膜的生长。利用TiO2籽晶的高能量晶面，通过磁控溅射快速沉积，引导生长出高结晶的NTO薄膜，进一步优化籽晶和NTO的微结构，制备出高透光率和电子迁移率的NTO薄膜。（3）NTO薄膜的光伏应用。考察(001)晶面籽晶诱导生长的NTO薄膜和敏化电极的界面结合与电子迁移，研究NTO薄膜作为紧密层或替代FTO透明电极应用于染料敏化太阳电池，有望提高器件的电子收集能力。

高稳定性的TiO2:Nb(NTO)因低成本和高性能而有望成为新一代太阳能高效利用材料。本项目利用在同质籽晶层的高能量(001)晶面上引导生长出NTO透明导电薄膜的新方法，并研究纳米NTO在太阳能高效利用中的应用。取得的成果有：（1）利用廉价的化学法,在玻璃等衬底上制备高能量(001)取向的TiO2纳晶膜；以此为基础，利用TiO2籽晶的高能量晶面，引导生长出高结晶的NTO薄膜。（2）黑色二氧化钛的制备及太阳能高效利用：利用自行设计、研制的热处理设备，获得具有全光谱吸收和高效光催化活性的黑色二氧化钛；在此基础上，实现非金属（H、N、S、I、C ）的高浓度掺杂，优化其能带结构，进一步提高可见光吸收系数和光催化性能。（3）TiO2:Nb纳米线薄膜制备及太阳能高效利用。利用水热法原位生长NTO纳米线薄膜，获得良好的光电转换效率和PEC产氢性能。