TiO2薄膜结晶度和微观形态与其光电特性的关系研究

二氧化钛薄膜是目前染料敏化太阳电池（DSCs）获得最高光电转换效率的光电极材料。要进一步提高DSCs的光电转换效率，二氧化钛薄膜光电特性的改善是关键。但目前对二氧化钛薄膜的改性研究主要集中在引入新物质和采用新形态等措施上，很少注意到其自身的开发利用，即利用不同结晶度二氧化钛薄膜光电特性的差异来提高其光电转换性能。而不同结晶度二氧化钛薄膜能否发挥出优异的光电特性，其微观形态具有决定性的影响。本申请项目将不同结晶度二氧化钛薄膜的微观形态调整为由30nm左右的颗粒相互连接构成的介孔网络结构，通过研究不同结晶度的二氧化钛薄膜在进行微观形态调整前后，所表现出来的包括可见光利用率、光电子的接收、传输和复合情况等光电特性，以及考察其组装成DSCs光时的光电转换性能指标，揭示二氧化钛薄膜结晶度和微观形态与其光电特性的内在关系，以探求提高DSCs光电转换效率的有效途径。

TiO2 由于特殊的能带结构，使得其表现出优异的光电化学性能，目前仍然是敏化太阳能电池中无可替代的光电极材料。但TiO2的光电化学性能受其微观结构性质影响很大，鉴于敏化太阳能电池多年以来一直处于光电转换效率难以提高的瓶颈状态，探索TiO2微结构性质的优化途径，是一个不可逾越的研究主题。本项目比较研究了含大量无定形相的低结晶度纳米TiO2和普通锐钛矿纳米晶TiO2在微结构均匀化和无规则状况下，可见光利用率、电子传输及界面电荷复合情况，探索TiO2微观结构性质与其光电化学性能之间的内在联系。研究发现，含大量无定形相的低结晶度纳米TiO2介孔薄膜由于具有强光散射效应、高光敏剂分散性、低氧空位水平而大大提高了光敏剂利用率和减少了电池内部电子损失，获得了860mV的高开路光电压和极高的光敏剂对光电流的贡献率。且开辟了“氧化物非晶态化程度－氧空位浓度－电子输运性能”关系线研究新方向。