TiO2基纳米线阵列核壳结构光阳极的调控制备及电荷在其中的传输机理研究

染料敏化太阳能电池（DSSC）具有明显的成本优势，被认为是硅太阳能电池最有力的竞争者。提高DSSC电池光电转化效率的关键之一在于提高光阳极中的电子传输效率、抑制光激发电子的重新复合。利用有序纳米阵列光阳极能够提高电子的传输效率，然而不能有效抑制电荷的复合。本项目提出使用具有核壳结构的宽带隙氧化物/TiO2纳米线阵列作为DSSC光阳极，使宽带隙氧化物在TiO2表面形成势垒，抑制光激发电子被重新复合；使纳米阵列和核壳结构协同作用，有望显著提高DSSC的光电转化效率。研究内容包括：1）TiO2纳米阵列的合成、纳米线阵列核壳结构光阳极的调控制备及形成机理；2）基于纳米线核壳结构光阳极的DSSC的性能、电荷在光阳极中的传输行为及光阳极对电荷复合的抑制机理探讨。项目的实施将为高效光阳极的研究和应用提供依据，对于提高DSSC的光电转化效率具有重要价值。

提高光激发电子在光阳极中的传输效率、减小电子复合是提高染料敏化太阳能电池（DSSC）光电转化效率的关键手段。近年来，将一维纳米材料如纳米线、纳米棒、纳米带应用于DSSC，借此提高电子的传输速度，已成为DSSC重要的研究趋势之一。然而，单纯的一维纳米材料虽然可以提高电子的传输效率，却不能有效的抑制电子的复合。因此本研究开发了一种新型的TiO2纳米线阵列核壳结构，使TiO2纳米线阵列表面包覆一层宽禁带半导体氧化物，既能有效抑制电子的复合，同时又能保证快速电子传输能力。本研究采用水热反应法制备TiO2纳米线阵列，研究了制备工艺参数对纳米线的形貌特征及其晶体结构的影响，实现了对TiO2纳米线阵列的调控制备。将TiO2纳米线阵列核壳结构作为DSSC光阳极，研究了核壳结构对DSSC光电性能的影响，并对电子复合的抑制机理进行了探索。研究结果表明：（1）提高水热温度和溶液浓度有助于合成纳米线阵列结构；（2）包覆层氧化物的导带能级高于TiO2，在TiO2纳米线表面形成势垒，阻止电子回传从而减小电子复合；（3）随着壳层厚度增加，电池的开路电压和填充因子都逐渐增加，短路电流和转化效率先增大后减小，电池效率最高分别为6.91%（SrO壳层）和6.56%（ZnO壳层）。