[发明专利]一维超长TiO2

说明书

本发明公开了一维超长TiO₂纳米棒阵列及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中的应用。本发明采用支架法固定多片导电基底在一个反应釜量产多片高度均一的TiO₂纳米棒阵列，结合马弗炉程控重结晶退火有效解决了一维TiO₂纳米棒阵列易与导电基底脱落和不易水热量产的难题，同时结合支架法对所得TiO₂纳米棒阵列进行水热刻蚀，有效解决了一维TiO₂纳米棒阵列比表面积小和染料吸附量不足等问题。本发明获得的TiO₂纳米棒阵列表现出优异的电子传输能力和染料吸附能力，将其应用在染料敏化太阳能电池中获得了11.14％的光电转化效率，为稳定量产制备基于一维TiO₂纳米棒阵列光阳极的高效率染料敏化太阳能电池提供了可能。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一维超长TiO₂纳米棒阵列及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池从第一次被Grazel等人报道后便引起了广泛的研究^[1-3]，通常 DSSC由一层介孔膜(光阳极)、单层染料分子、电解液和对电极构成，介孔TiO₂颗 粒膜吸附染料分子后，在太阳光的照射下，染料分子吸收太阳光产生激发电荷并将电子 注入到TiO₂的导带中，然后电子被传输到电极上，同时电解液的氧化还原对使激发态 染料实现快速再生^[4-6]。介孔TiO₂颗粒膜由于颗粒与颗粒之间存在大量的晶界和表面存 在大量的缺陷，这种结构会导致光生载流子之间的严重复合从而降低自身传输电子能力 ^[7-9]。

一维TiO₂纳米棒阵列由于整齐垂直排列能够为电荷提供直接的传输通道，同时也具有大的比表面积，因此被大量文献报道应用在DSSC^[10-18]。Fen Li等人报道了采用水 热法制备了3μm长TiO₂纳米棒阵列，经过TiCl₄进一步处理优化后电池获得了1.74％ 的PCE^[19]。Feng等人第一次报道采用水热法制备了5μm长TiO₂纳米线，制备的电池 获得了5.02％的PCE^[20]。随后Liu等人采用一种简单的水热法制备了3μm长TiO₂纳米 棒阵列，经过TiCl₄进一步处理优化后电池获得了3％的PCE^[21]。然而这种一维结构的 纳米棒/纳米线由于比表面积不大，导致染料负载不足，使得基于这种结构的DSSC的 效率基本上都低于6％。因此，制备具有大比表面积的一维TiO₂纳米棒阵列将成为高效 率敏化太阳能电池的关键因素。

基于上述理由，提出本申请。

【参考文献】

[1]B.O’regan,M.Grfitzeli,A low-cost,high-efficiency solar cell basedon dye-sensitized. nature 1991,353(6346),737.

[2]M.Photoelectrochemical cells.Nature 2001,414(6861),338.

[3]W.Guo et al.,Optical-fiber/TiO₂-nanowire-arrays hybrid structureswith tubular counterelectrode for dye-sensitized solar cell.Nano Energy 2012,1(1),176.