CZTS/TiO2纳米线复合结构光阳极的溶剂热制备及性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shinobu1314
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由于TiO2纳米线阵列在光电荷的分离和传输上具有明显的优势,该结构的制备及在光电性能方面的应用成为当前研究的一个热点。但 TiO2纳米结构的禁带宽度大(Eg=3.2eV),只能吸收紫外光,有望通过离子掺杂、窄带半导体复合等方式改性提高光电性能。硫属化合物Cu2ZnSnS4(CZTS)具有环境友好、原料来源丰富、光吸收系数高等优点而被认为是良好的改性材料。本文旨在 TiO2纳米线阵列可控制备的基础上,构筑 TiO2绒状纳米线以增加比表面积和光散射,并通过溶剂热原位生长法制备CZTS/TiO2纳米线复合结构,探索基于TiO2纳米线的复合光阳极的性能。  首先通过水热法在钛箔表面制备了TiO2纳米结构,系统研究了水热反应参数(温度、时间、NaOH浓度)对薄膜形貌、结构及其组装的染料敏化太阳能电池(DSSC)光电转换性能的影响。结果表明在高温(220℃)和低浓度(1 mol·L-1NaOH)的水热条件下可以合成垂直于基底生长的TiO2纳米阵列,其吸附N719染料后组装的DSSC光电转换效率最高可达1.29%。  用溶剂热法合成了CZTS/TiO2纳米线复合结构,通过调控溶剂热反应时间实现了纯相CZTS的沉积,其形貌随时间增加经历了纳米颗粒向纳米片再向纳米花的转变;在乙醇溶液中,改变前驱液浓度和反应溶剂可以控制 CZTS的沉积量和尺寸,当硫脲浓度为2.288 mmol·L-1时, CZTS/TiO2复合结构样品中CZTS的沉积量和尺寸最佳,其光电流密度是纯TiO2的22.6倍,达到最大;当采用不同溶剂作为前驱液时,DMF中沉积的CZTS颗粒尺寸最小,光电流密度最大;前驱体的硫源种类会影响CZTS的形貌和结构。  为了增大 TiO2纳米线比表面积,增加复合半导体的沉积量,进一步构筑了 TiO2绒状纳米线结构,其DSSC光电转换效率达到3.1%。用DMF溶液溶剂热法成功制备了CZTS/TiO2绒状纳米线复合结构,当硫脲浓度为11.432 mmol·L-1时,CZTS纳米片在TiO2绒状纳米线表面达到均匀包覆效果,其光电化学性能最高。而且,以CZTS替代N719染料得到的CZTS/TiO2绒状纳米线敏化电池的光电转换效率明显比CZTS/TiO2纳米线敏化电池的高,达到0.278%。
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