CdSe/TiO2纳米片复合薄膜的制备及其光电性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanjuan1980
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锐钛矿型TiO2纳米片阵列,不仅具有较大的比表面积,而且其活性晶面(001)面比例较高,大大增加其光敏感性和电子传输效率,在太阳能光电转换领域具有巨大的潜力。但TiO2的禁带宽度较大(3.2 e V),只对太阳光的紫外光区有响应,不能直接利用可见光,导致TiO2在太阳能电池领域的应用受到限制。本实验采用电化学沉积方法,将CdSe与TiO2纳米片复合,以拓展TiO2对可见光的响应光区,提高其光电性能。(1)利用水热合成法在FTO导电玻璃基底上制备(001)晶面主导的TiO2纳米片薄膜,考察了反应时间、钛源浓度、尿素含量、溶液酸度等因素对TiO2纳米片形貌的影响,确定了制备TiO2纳米片薄膜的最佳配比及反应条件为:30 mL浓盐酸、30 mL去离子水、1.5 mL钛酸四丁酯、0.8 g尿素、0.8 g氟钛酸铵,在180℃的温度下反应18 h。XRD结果表明,TiO2纳米片薄膜为锐钛矿型,且晶化程度较高;紫外可见吸收光谱证明,TiO2纳米片薄膜只对紫外光有响应,根据Kubelka-Munk公式计算其禁带宽度为3.21 eV,与锐钛矿型TiO2的本征禁带宽度一致。(2)利用循环伏安法,以(001)晶面主导的锐钛矿型TiO2纳米片薄膜为基底,电化学沉积CdSe纳米颗粒,制备了CdSe/TiO2纳米片复合薄膜。研究了电化学沉积过程中SeO2浓度和沉积时间对CdSe薄膜形貌及其光电性能的影响,确定了最佳电沉积条件:沉积电位-0.9-0.3 V,SeO2浓度为4 mmol·L-1,循环伏安法循环4次。在此条件下制备的TiO2纳米片复合薄膜的光电流密度达到3.14 mA·cm-2,光电转化效率为2.87%。(3)氩气保护气氛下,分别在150、250、350和450℃对最佳条件制备下的CdSe/TiO2纳米片复合薄膜进行退火处理,研究退火温度对CdSe/TiO2纳米片复合薄膜形貌结构及光电性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,TiO2纳米片表面的CdSe颗粒发生团聚和长大,形成光滑的CdSe薄膜;CdSe为六方相,晶化程度不断提高;CdSe/TiO2纳米片复合薄膜吸收光谱发生红移,禁带宽度由2.52 eV降低至2.06 eV;CdSe/TiO2纳米片复合薄膜对可见光响应瞬态光电流密度由2.92 mW·cm-2增大至6.96mW·cm-2,但开路电压由1.18 V减小至0.78 V,同时,其电流-电压曲线变差,填充因子由0.83降低至0.37,光电转换效率由3.12%降低至2.02%。在本实验条件下,CdSe/TiO2纳米片复合薄膜的最佳退火温度为150℃,光电转换效率达到3.12%。
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