纳米TiO2在太阳能电池中的应用

纳米TiO2在太阳能电池中的应用姓名：周蕊学号：201005010333单位：西安建筑科技大学华清学院材料科学与工程1003班指导老师：杨春利摘要:利用纳米尺度的半导体材料如TiO2、ZnO、SnO2等作为太阳能电池的光电极的研究是世界范围的研究热点，其中纳米TiO2由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转在太阳能电池中的应用研究的最新进换电池使用最普遍的材料。

目的：研究纳米TiO2在其中的应用开发提供参考和借鉴。

方法展状况,为国内太阳能电池的研发与纳米TiO2应用以最新的文献为基础,进行归纳分析,研究其应用研究的新进展。

结果：纳米TiO2于太阳能电池,主要介绍了纳米管、线、薄膜等在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机光伏太阳能电池(OPV)中的应用研究的一些最新成果。

这2种太阳能电池也是新型太阳能电池研究中的2 个热点研究对象,太阳能电池作为洁净环境友好的绿色可再生能源,在太阳能电池中的的应用,使太阳能电是未来开发与应用研究的重点。

结论：纳米TiO2池的光电转化效率大大提高,使用寿命大为延长,但是在商业化批量生产的征途中依然有许多问题有待解决。

关键词: 纳米TiO2，太阳能电池，绿色能源，染料敏化，光电转化1.引言关于纳米TiO的研究动态的文献分析已经有报道[ 1], 但是其中并未涉及具体应用例证,2仅仅就全球范围内进入21 世纪以来的研究文献( 包括专利文献和非专利文献) 进行了统在电池中的应用进展进行简要概述。

计分析, 而本文是将纳米TiO2随着矿物燃料的枯竭和燃烧后对环境带来的负面效应( 主要是温室效应) , 使人们对环境友好型清洁能源的开发和利用越来越重视, 倡导低碳经济就是在可持续发展与环境保护并重的背景之下而提出的。

太阳能的利用是环境友好型清洁能源之一, 光伏电池的研发是太阳能利用的关键。

纳米技术在光伏电池中的应用使其光电效率的转化大大提高, 特别是纳米材料在光伏电池中的应用, 对其飞速发展起到了有力的促进作用, 纳米TiO2就是其中的一个典型代表。

第３４卷第３期２０１２年９月湖北大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．，２０１２　收稿日期：２０１２－０１－０９基金项目：国家自然科学基金（１０８０４０８７）资助作者简介：郭峰（１９８９－），男，硕士生；国世上，通信作者，副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｓｓｙｈｘ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；赵兴中，通信作者，教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｚｚｈａｏ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１０００－２３７５（２０１２）０３－０２５５－０４碱性环境水热法制备ＴｉＯ２纳米颗粒及其在染料敏化太阳能电池中的应用郭峰１，２，国世上１，２，赵兴中１，２（１．武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉４３００７２；２．人工微纳结构教育部重点实验室（武汉大学），湖北武汉４３００７２）摘要　通过碱性环境水热法制备了ＴｉＯ２纳米颗粒，以异丙醇钛作为钛源，四乙基氢氧化铵作为碱性解胶剂．研究了四乙基氢氧化铵的浓度以及水热温度对ＴｉＯ２纳米颗粒的影响．通过ＸＲＤ、ＴＥＭ对合成的ＴｉＯ２晶粒尺寸、晶相以及形貌进行了表征．实验结果表明，使用四乙基氢氧化铵作为解胶剂，合成的ＴｉＯ２颗粒由纯锐钛矿相组成，形状呈拉长的截断四方双锥结构．由于解胶的碱性环境，在ＴｉＯ２的表面形成了富氧表面，使得在ＴｉＯ２纳米颗粒表面更多的是热动力学稳定性更好的（１０１）和（００１）面．制备的平均粒径大小为１４ｎｍ的ＴｉＯ２纳米颗粒用于染料敏化太阳能电池中作为光阳极．通过电化学阻抗谱（ＥＩＳ）分析了此种ＴｉＯ２颗粒的电子传输特性．在ＡＭ　１．５的模拟太阳光下，使用这种ＴｉＯ２纳米颗粒作为光阳极的染料敏化太阳能电池获得了超过７％的光电转换效率． 关键词　水热合成；碱性环境；二氧化钛；染料敏化太阳能电池 中图分类号　ＴＱ１３４．１ 文献标志码　Ａ ＴｉＯ２是一种环境友好型材料，被广泛的应用于化妆品、涂料、颜料等日常生活中．自从１９７２［１］年发现ＴｉＯ２电极在紫外光照射下可以分解水的现象后，ＴｉＯ２的光催化特性以及光伏特性得到了广泛的研究，其中染料敏化太阳能电池是其光伏特性应用的典型代表［２－３］．纳米晶ＴｉＯ２多孔膜是染料敏化太阳能电池的骨架，主要用于染料分子的吸附以及光生电子的传输，是染料敏化太阳能电池的核心组成部分，因此，染料敏化太阳能电池的性能与ＴｉＯ２纳米颗粒的尺寸［４］、晶型［５］以及结晶度［６］直接相关．为了获得高的光电转化效率，ＴｉＯ２纳米颗粒尺寸必须足够小以保证足够多的染料分子吸附，同时，只有高结晶度的锐钛矿型ＴｉＯ２才能便于光生电子的传输以及减少电荷复合造成的电子损失．传统的ＴｉＯ２纳米颗粒是先在酸性环境下水解钛的前驱体，再通过高温高压水热法合成，通常使用硝酸作为解胶剂，称为ＴｉＯ２的酸性水热合成［７］．但酸性水热合成的ＴｉＯ２纳米颗粒由于具有金红石相以及板钛矿相等杂质相，使得其在染料敏化太阳能电池中的应用时，降低了电池的性能［７－８］．为制备结晶度更高、锐钛矿型纯度更高的ＴｉＯ２纳米颗粒，文中使用四乙基氢氧化铵（ＴＥＡＨ）作为解胶剂，通过碱性环境的水热法合成了ＴｉＯ２纳米颗粒，并对其粒径、形貌以及晶型进行了表征和分析．对使用此法制备的ＴｉＯ２纳米颗粒作为光阳极的染料敏化太阳能电池的性能以及电子传输特性也进行了表征分析．１　碱性水热法合成ＴｉＯ２纳米颗粒以及染料敏化太阳能电池的制备合成ＴｉＯ２以及制备染料敏化太阳能电池的过程中，使用的异丙醇钛（ＴＴＩＰ），４－叔丁基吡啶（ＴＢＰ），碘化锂（ＬｉＩ）购自Ａｃｒｏｓ公司．染料Ｎ７１９购自Ｓｏｌａｒｎｉｘ　ＳＡ公司．四乙基氢氧化铵（ＴＥＡＨ），碘（Ｉ２）以及其他物质购自Ｓｉｎｏｐｈａｒｍ公司．碘化１－甲基－３－丙基－咪唑盐（ＰＭＩＩ）依据之前的文献合成．２５６　湖北大学学报（自然科学版）第３４卷碱性水热法合成ＴｉＯ２纳米颗粒的步骤与之前文献报道的酸性水热法类似，只需将硝酸溶液替换为四乙基氢氧化铵溶液［９］．为了研究不同ＴＥＡＨ浓度以及水热温度的影响，我们的实验分两步进行．第１步，在使用合适的水热温度的前提下，将ＴＴＩＰ水解后解胶时，分别采用ＴＥＡＨ的浓度为０．０３、０．０５、０．１０和０．２０ｍｏｌ／Ｌ，制备４份ＴｉＯ２溶胶，以分析ＴＥＡＨ的浓度对合成的ＴｉＯ２颗粒的影响．第２步，选取第１步中合适的ＴＥＡＨ的浓度，制备出ＴｉＯ２溶胶，分别采用２００、２２０、２３０和２５０℃作为水热温度水热１２ｈ，以分析水热温度对碱性水热合成的ＴｉＯ２颗粒的影响．对碱性水热合成的ＴｉＯ２颗粒悬浊液经过超声分散和旋转蒸发浓缩后，加入造孔剂聚乙二醇，配成ＴｉＯ２浆料，再通过刮片技术在干净的ＦＴＯ玻璃（方块电阻为１５ｏｈｍ／ｓｑ）表面涂覆一层ＴｉＯ２膜，经过５００℃烧结３０ｍｉｎ，冷却至８０℃后，将此ＴｉＯ２电极浸没在０．５ｍｍｏｌ／Ｌ的Ｎ７１９染料溶液（溶剂为乙腈和叔丁醇按体积比１∶１配制）中吸附１２ｈ．染料吸附完成之后，滴加一滴电解质溶液（０．６ｍｏｌ／Ｌ　ＰＭＩＩ，０．０３ｍｏｌ／Ｌ　Ｉ２，０．０５ｍｏｌ／Ｌ　ＬｉＩ，０．５ｍｏｌ／Ｌ　ＴＢＰ，溶剂为碳酸丙烯酯和乙腈按体积比４∶１配制）在吸附染料后的ＴｉＯ２膜的表面，再将一块铂对电极（通过在ＦＴＯ玻璃表面磁控溅射蒸镀金属Ｐｔ制备）覆盖在ＴｉＯ２电极上，成功制备三明治结构的染料敏化太阳能电池．２　合成的ＴｉＯ２纳米颗粒的表征以及染料敏化太阳能电池的性能测试通过Ｘ线衍射（ＸＲＤ，ＢＲＵＫＥＲ　Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ）来分析各种反应条件的变化对合成的ＴｉＯ２纳米晶粒的晶相以及结晶度的影响．通过透射电镜（ＴＥＭ，ＪＥＭ　２０１０，Ｊａｐａｎ）观察合成的ＴｉＯ２纳米颗粒的形貌．制备的染料敏化太阳能电池的Ｉ－Ｖ曲线在ＡＭ　１．５的模拟太阳光（Ｏｒｉｅｌ　９１１９２，ＵＳＡ）下在数字源表（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ　２４００，ＵＳＡ）上记录．电池的电化学阻抗谱通过电化学工作站（ＣＨＩ　６６０Ｃ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ）测试．３　实验结果与讨论３．１　ＴＥＡＨ的浓度对ＴｉＯ２颗粒尺寸及晶相的影响　图１列出了经不同四乙基氢氧化铵的浓度合成的ＴｉＯ２纳米颗粒经２３０℃水热之后的ＸＲＤ图谱，并对不同ＴＥＡＨ浓度合成的ＴｉＯ２的（１０１）面的特征ＸＲＤ峰通过Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式计算出相应ＴｉＯ２晶粒的平均大小．可以看出，在所有的浓度下，合成的ＴｉＯ２颗粒均为纯锐钛矿相，０．０３ｍｏｌ／Ｌ是四乙基氢氧化铵作为解胶剂的情况下解胶完全的ＴＥＡＨ的最小浓度．图１ｂ显示了随着ＴＥＡＨ的浓度从０．０３ｍｏｌ／Ｌ增加到０．２ｍｏｌ／Ｌ，ＴｉＯ２的平均晶粒尺寸相应的从１４ｎｍ增加到３２ｎｍ，这一结果与之前的文献报道相一致［１０］．第３期郭峰等：碱性环境水热法制备ＴｉＯ２纳米颗粒及其在染料敏化太阳能电池中的应用２５７　过２４０℃时，就会形成金红石相的ＴｉＯ２颗粒［９］．图２（ａ）是不同水热温度下合成的ＴｉＯ２颗粒的ＸＲＤ图谱，可以看出在２５０℃水热条件下，依然形成了纯度很高的锐钛矿相ＴｉＯ２．这是由于四乙基氢氧化铵中氢氧基的存在，增大了在脱水过程中形成共棱［ＴｉＯ６］八面体结构的可能性，从而更加容易形成锐钛矿相［９，１１］．通过Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式计算出相应的纳米颗粒粒径大小，如图２（ｂ）中所示，随着水热温度从２００℃提高到２５０℃，相应的晶粒尺寸从１３．７ｎｍ增加到１６．２ｎｍ．同时，文中使用透射电子显微镜（ＴＥＭ）对不同水热温度下碱性合成的ＴｉＯ２颗粒的形貌进行了表征，如图３所示．结果显示，随着水热温度的提高（从２００℃提高到２５０℃），ＴｉＯ２的颗粒尺寸出现变大趋势，当水热温度的提高到２５０℃时，出现了尺寸更大的颗粒，这与之前通过ＸＲＤ图谱计算出的结果相一图３　合成的ＴｉＯ２纳米颗粒的ＴＥＭ照片 ＴＥＡＨ浓度为０．０３ｍｏｌ／Ｌ，水热时间１２ｈ．其中水热 温度分别为（ａ）２００℃，（ｂ）２２０℃，（ｃ）２３０℃，（ｄ）２５０℃．致．大多数颗粒呈拉长的截断四方双锥结构［１３］，Ｂａｒｎａｒｄ等曾基于表面化学的理论预测过这种形貌．他们的计算显示，含有贫氢表面（尤其是富氧表面）的锐钛矿型纳米颗粒，将会优先沿着＜１００＞以及＜０１０＞方向生长，在截断四方双锥结构的纳米颗粒的中心形成一个环绕的带，从而形成拉长的截断四方双锥结构．由此，我们得出，图３中所示的锐钛矿型拉长的截断四方双锥型ＴｉＯ２颗粒是富含最稳定的｛１０１｝以及｛００１｝面的晶体．这也解释了为什么使用四乙基氢氧化铵作为解胶剂的碱性水热合成法相比传统的酸性水热合成法制备的ＴｉＯ２颗粒具有更高的锐钛矿相－金红石相转变温度，因为传统的酸性水热合成的ＴｉＯ２颗粒具有更少的（１０１）面和其他稳定性高的晶面．３．３　染料敏化太阳能电池性能的表征　采用浓度为０．０３ｍｏｌ／Ｌ的ＴＥＡＨ作为解胶剂，水热温度２２０℃，通过碱性水热合成的ＴｉＯ２溶胶制备染料敏化太阳能电池的多孔ＴｉＯ２层．本文制备了两种ＴｉＯ２电极（Ａ和Ｂ）以作对比，其中，Ａ为直接涂覆在裸ＦＴＯ玻璃上的多孔ＴｉＯ２膜，Ｂ是涂覆在覆盖有８０ｎｍ图４　染料敏化太阳能电池的伏安特性及电化学阻抗谱光照条件ＡＭ　１．５，９４ｍＷ／ｃｍ２，测试光照面积０．２５ｃｍ２．致密ＴｉＯ２层的ＦＴＯ玻璃上的多孔ＴｉＯ２膜．为了进一步的增强电极Ｂ的效果，将电极Ｂ另外使用４０ｍｍｏｌ／Ｌ　ＴｉＣｌ４处理之后使用．在将此纳米颗粒制成浆料涂覆成多孔膜之后，由于多孔膜本身的制备工艺掩盖了纳米颗粒的微观形貌的区别，而本文中主要关注不同合成条件对ＴｉＯ２纳米颗粒的影响，故不在此强调ＴｉＯ２电极的表面形貌，所制备的两种电极，多孔ＴｉＯ２膜的厚度均约为８μｍ．制备的染２５８　湖北大学学报（自然科学版）第３４卷料敏化太阳能电池的伏安特性曲线如图４（ａ）中所示，详细电池参数见图４（ｂ），可以看出，使用碱性水热法制备的ＴｉＯ２纳米颗粒组装的染料敏化太阳能电池，获得了５．６７％的光电转换效率，增加ＴｉＯ２致密层以及经过ＴｉＣｌ４处理后，效率超过了７％．通过电化学阻抗谱（ＥＩＳ）研究了染料敏化太阳能电池中的电子传输以及复合特性，如图４（ｃ）和（ｄ）所示，经过数据拟合后发现，此电池器件具有良好的电子传输特性．ＴｉＯ２致密层的增加显著的减小了ＦＴＯ／电解质界面的电子复合，从而提高了电池的短路电流Ｊｓｃ以及开路电压Ｖｏｃ［１４］．ＴｉＣｌ４处理提高了光生电子注入ＴｉＯ２导带的效率，从而提高了光生电流［１４］．４　结论为了提高传统酸性水热法制备的ＴｉＯ２纳米颗粒的结晶度及锐钛矿相纯度，本文中利用四乙基氢氧化铵作为碱性解胶剂，采用碱性水热法制备了ＴｉＯ２纳米颗粒，并通过ＸＲＤ、ＴＥＭ对合成的ＴｉＯ２晶粒大小、晶相以及形貌进行了表征．相比传统的酸性水热法合成的ＴｉＯ２颗粒，通过碱性水热法得到形状呈拉长的截断四方形的ＴｉＯ２颗粒，结晶度高，锐钛矿相纯度为１００％，锐钛矿相－金红石相转变温度从２４０℃提高到２５０℃以上，说明碱性解胶剂的使用对于水热法制备的ＴｉＯ２纳米颗粒性质具有比较明显的改善．使用这种ＴｉＯ２纳米颗粒作为光阳极的染料敏化太阳能电池具有良好的电子传输特性以及复合特性，获得了超过７％的光电转换效率．５　参考文献［１］Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　Ａ，Ｈｏｎｄａ　Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ａｔ　ａ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７２，３７：２３８．［Ｊ］．［２］Ｏ’Ｒｅｇａｎ　Ｂ，Ｇｒａｔｚｅｌ　Ｍ．Ａ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｃｏｌｌｏｉｄａｌ　ＴｉＯ２ｆｉｌｍｓＮａｔｕｒｅ，１９９１，３５３：７３７－７４０．［３］Ｙｅｌｌａ　Ａ，Ｌｅｅ　Ｈ，Ｔｓａｏ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｗｉｔｈ　ｃｏｂａｌｔ（ＩＩ／ＩＩＩ）－ｂａｓｅｄ　ｒｅｄｏｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｅｘｃｅｅｄ　１２ｐｅｒｃｅｎｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，３３４：６２９－６３４．［４］Ｎａｋａｄｅ　Ｓ，Ｓａｉｔｏ　Ｙ，Ｋｕｂｏ　Ｗ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ＴｉＯ２ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｐｈｙｓ　Ｃｈｅｍ　Ｂ，２００３，１０７（３３）：８６０７－８６１１．［５］Ｋａｍｂｅ　Ｓ，Ｎａｋａｄｅ　Ｓ，Ｗａｄａ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｉｚｅ，ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｎｐｈｏｔｏ－ｉｎｄｕｃｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｉｎ　ＴｉＯ２ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｍａｔｅｒ　Ｃｈｅｍ，２００２，１２：７２３－７２８．［６］Ｗａｔｓｏｎ　Ｄ，Ｍｅｙｅｒ　Ｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ａｔ　ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ］．Ａｎｎｕ　Ｒｅｖ　Ｐｈｙｓ　Ｃｈｅｍ，２００５．５６：１１９．［７］Ｗａｎｇ　Ｚ，Ｋａｗａｕｃｈｉ　Ｈ，Ｋａｓｈｉｍａ　Ｔ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｎ７１９ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ［Ｊ］．Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｒｅｖｉｅｗｓ，２００４，２４８：１３８１－１３８９．［８］Ｈｏｒｅ　Ｓ，Ｐａｌｏｍａｒｅｓ　Ｅ，Ｓｍｉｔ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ａｃｉｄ　ｖｅｒｓｕｓ　ｂａｓｅ　ｐｅｐｔｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ＴｉＯ：２ｆｉｌｍｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｉｎ　ｄｙｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｍａｔｅｒ　Ｃｈｅｍ，２００５，１５：４１２－４１８．［９］Ｂａｒｂｅ　Ｃ，Ａｒｅｎｄｓｅ　Ｆ，Ｃｏｍｔｅ　Ｐ，ｅｔ　ａｌ．Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｏｘｉｄｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ　ｆｏｒ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＡｍ　Ｃｅｒａｍ　Ｓｏｃ，１９９７，８０（１２）：３１５７－３１７１．［１０］Ｙａｎｇ　Ｊ，Ｍｅｉ　Ｓ，Ｆｅｒｒｅｉｒａ　Ｊ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｉｚｅｄ　ｔｉｔａｎｉａ　ｐｏｗｄｅｒｓ：ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｅｔｒａａｌｋｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｓ　ｏｎ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｊ　Ａｍ　Ｃｅｒａｍ　Ｓｏｃ，２００１，８４（８）：１６９６－１７０２．［１１］Ｃｈｅｎｇ　Ｈ，Ｍａ　Ｊ，Ｚｈａｏ　Ｚ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｎａｎｏｓｉｚｅ　ｒｕｔｉｌｅ　ａｎｄ　ａｎａｔａｓｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＣｈｅｍＭａｔｅｒ，１９９５，７：６６３－６７１．［１２］Ｙａｎｇ　Ｊ，Ｍｅｉ　Ｓ，Ｆｅｒｒｅｉｒａ　Ｊ．Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｉｚｅｄ　ｔｉｔａｎｉａ　ｐｏｗｄｅｒｓ：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｐｅｐｔｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄｐｅｐｔｉｚｉｎｇ　ａｇｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｐｈａｓｅｓ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ　Ａｍ　Ｃｅｒａｍ　Ｓｏｃ，２０００，８３（６）：１３６１－１３６８．［１３］Ｂａｒｎａｒｄ　Ａ，Ｃｕｒｔｉｓｓ　Ｌ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ　ｐｈａｓｅ　ａｎｄ　ｓｈａｐｅ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｎａｎｏ　Ｌｅｔｔ，２００５，５（７）：１２６１－１２６６．［１４］Ｉｔｏ　Ｓ，Ｃｈｅｎ　Ｐ，Ｃｏｍｔｅ　Ｐ，ｅｔ　ａｌ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｃｒｅｅｎ－ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｐａｓｔｅｓ　ｆｒｏｍ　ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｓｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔ：Ｒｅｓ　Ａｐｐｌ，２００７，１５：６０３－６１２．（下转第２７５页）第３期吴波等：甲硝唑自然光降解研究２７５［１６］熊振湖，于万禄，胡品．日光辐照草酸铁盐体系降解水中低浓度混合药物及产物的生物毒性评价［Ｊ］．环境科学，２０１０，３１（１０）：２３３６－２３４３．［１７］Ｇóｍｅｚ　Ｍ　Ｊ，Ｓｉｒｔｏｒｉ　Ｃ，Ｍｅｚｃｕａ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｐｙｒｏｎｅ　ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｓ：Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｉｒ　ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００８，４２（１０－１１）：２６９８－２７０６．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｕｎｄｅｒ　ｓｏｌａｒ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎＷＵ　Ｂｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｔｉｎｇ，ＬＩ　Ｊｉｎｘｉａ，ＣＨＥＮ　Ｈｕａｉｘｉａ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００６２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃａｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ＰＰＣＰｓ）ｈａｄ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｍｕｃｈ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｗｉｄｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，ｍａｎｙ　ＰＰＣＰｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｓｕｎ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｍａｙ　ｂｅ　ｏｆ　ｍａｊｏｒ　ｓｉｇｎｉ　ｆｉｃａｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅｎａｔｕｒａｌ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｆａｔｅ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｉｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｕｎｄｅｒ　ｓｕｎｌｉｇｈｔ（Ｗｕｈａｎ，ｓｕｍｍｅｒ）ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｐＨ，ｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｂｉｃａｒｂｏｎａｔｅ　ｉｏｎｓ，ｎｉｔｒａｔｅ　ｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｆｅ（Ⅲ）ｏｎ　ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｓｈｏｕｌｄｕｎｄｅｒｇｏ　ｆａｓｔ　ｄｉｒｅｃｔ　ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｓｕｎｌｉｇｈｔ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄ　ａ　ｓｌｏｗｅｒ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗｅｒ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ＰＰＣＰｓ；ｓｏｌａｒ；ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ｋｉｎｅｔｉｃｓ；ｍｅｔｒｏｎｉｄａｚｏｌｅ（责任编辑胡小洋）櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆（上接第２５８页）Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ａｌｋａｌｉｎｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｙｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓＧＵＯ　Ｆｅｎｇ１，２，ＧＵＯ　Ｓｈｉｓｈａｎｇ１，２，ＺＨＡＯ　Ｘｉｎｇｚｈｏｎｇ１，２（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｍｉｃｒｏ－ａｎｄ　Ｎａｎｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｖｉａ　ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｉｔａｎｉｕｍｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　ａｎｄ　ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｗａｓ　ｃｈｏｓｅｄ　ａｓ　ｐｅｐｔｉｚｅｒ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｕｔｏｃｌａｖｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ，ｃｒｙｓｔａｌ　ｐｈａｓｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ＸＲＤ，ＴＥＭ，Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅ　ａｓ－ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｈｉｇｈｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ　ｐｕｒｅ　ａｎａｔａｓｅ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｅｌｏｎｇａｔｅｄｔｒｕｎｃａｔｅｄ　ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ　ｓｈａｐｅ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｘｙｇｅｎａｔｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ａｌｋａｌｉｎｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ（１０１）ａｎｄ（００１）ｆａｃｅｔｓ　ｔｈａｔ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ　ｓｔａｂｌｅ．Ｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ｗｅｒｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ａｂｏｕｔ　１４ｎｍ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＥＩＳ）．Ａ　７％ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ＡＭ　１．５ｓｕｎｌｉｇｈｔ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ａｌｋａｌｉｎｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ；ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ（责任编辑胡小洋）。

染料敏化纳米TiO2太阳能电池的研究进展摘要：本文综述了染料敏化纳米TiO2太阳能电池的研究概况，阐述了染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构及其原理, 对影响其光电转换效率的关键因素，如纳米TiO2膜、敏化染料、电解质等做了探讨。

同时介绍了TiO2纳米薄膜的一些制备方法。

最后对太阳能电池所面临的问题进行讨论, 并提出今后的研究方向。

关键词：TiO2；太阳能电池；染料敏化；纳米薄膜1、引言能源危机与环境污染是人类在21世纪面临的两大挑战, 开发和利用可再生绿色能源已成为人类社会所面临的重大课题。

近几年来, 很多国家已投入大量资金从事太阳能电池的研究和开发工作, 用单晶或多晶硅膜制备的太阳能电池其最高效率可达20%以上, 但成本过高。

开发低成本光电活性材料, 对充分利用太阳能资源有重要意义, 目前ZnO、CdS、CdSe、CdTe、Fe2O3、SnO2、TiO2等许多化合物被用于光电转换。

虽然CdSe、CdTe等光电池有一定的应用前景, 但它们是剧毒物质, 容易对环境带来危害。

TiO2染料敏化电池( Dye-Sensitized Solar Cell, 简称DSSC)则彻底摒弃了传统的硅电池工艺, 它的最大优势是廉价的成本以及非常简单的制作工艺, 因此有很好的应用前景, 其制备与应用研究受到各国学术界的重视, 并成为化学和材料科学研究的前沿领域。

2、染料敏化电池的结构及工作原理2.1 染料敏化电池的基本结构染料敏化太阳能电池主要由导电玻璃、纳米多孔TiO2膜、敏化剂和电解质等部分组成。

导电玻璃的内侧镀有0.5～0.7μm氧化铟锡透明膜, 方块电阻为10～20Ω, 透光率大于85%。

光阴极还可镀上一层Pt(约5～10μg·cm-2), Pt层对光的反射不仅提高了太阳光的吸收率, 还有助于提高电子的收集效率。

TiO2膜为具有高比表面积的纳米多孔薄膜, 一般厚度约为10μm 左右。

DSSC电池选用的敏化剂可以选择有机染料或无机染料。

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TIO2光阳极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用引言随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，染料敏化太阳能电池（D SS Cs）作为一种颇具潜力的太阳能转换技术受到了广泛关注。

而光阳极作为D SS Cs中的关键组成部分之一，对电池性能发挥着重要影响。

本文将重点介绍TI O2光阳极的制备方法及其在DS SC s中的应用。

TIO2光阳极的制备方法溶胶凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备T IO2光阳极的方法。

该方法通过控制溶胶的成分和制备条件，可以得到具有较大比表面积和优良孔结构的T I O2膜。

具体步骤如下：1.首先，将适量的钛酸四丁酯（TB OT）加入有机溶剂中，形成透明的溶胶。

2.在搅拌的同时，缓慢加入一定量的醋酸，调节溶胶的p H值。

3.继续搅拌数小时，使得溶胶中的成分充分溶解和混合。

4.然后，将溶胶进行热处理，通常采用烘箱干燥或水热法。

5.最后，经过退火处理，得到结晶完备、高质量的T IO2膜。

水热法水热法是另一种常用的制备T IO2光阳极的方法。

该方法通过利用水热条件下的高温和高压环境，促使TI O2的晶体生长，得到晶体尺寸较大的T IO2膜。

具体步骤如下：1.首先，将适量的钛酸丁酯（T B T）加入水溶液中，形成透明的溶胶。

2.在搅拌的同时，缓慢加热溶液，使其达到一定温度。

3.继续加热并保持一定压力，使溶液处于水热状态。

4.在一定时间内进行反应，促使TI O2的晶体生长。

5.最后，用冷却水迅速冷却，得到晶体尺寸较大且具有良好结晶性质的T IO2膜。

TIO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用T I O2光阳极作为D SS C s的关键组成部分，对电池的光吸收、电子传输和电荷注入等过程起着重要作用。

其在染料敏化太阳能电池中的应用主要体现在以下几个方面：光吸收和光散射T I O2光阳极具有优异的光吸收和光散射特性，可以最大限度地提高光电转换效率。

由于TI O2具有较宽的带隙，可以吸收可见光和紫外光，使得光的利用率更高。

题目：TiO纳米棒的水热制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用2学生姓名：喻强班级：材料成型及控制学号：J07050431 题目类型：科学研究指导教师：胡勇引言能源短缺与环境污染是目前人类面临的两大问题。

传统的能源媒，石油和木材按目前的消耗速度只能维持五十至一百年。

另外，由此所带来的环境污染，也正在威胁着人类赖以生存的地球。

而在人类可以预测的未来时间内，太阳能作为人类取之不尽用之不竭的洁净能源，不产生任何的环境污染，且基本上不受地理条件的限制，因此太阳能利用技术研究引起了各国科学家的广泛重视。

太阳内部每时每刻都在发生热核聚变反应，进行质能转换，向宇宙辐射的总功率约为3×1023kW，投射到地球大气层之前的功率密度约为1135kW/m2。

太阳光进入大气层后，虽然大气成分和尘埃颗粒的散射以及太阳光中的紫外线被臭氧，氧气和水蒸气吸收，但到达地表的功率密度仍有很大。

如果太阳辐射维持不变，则太阳半衰期寿命还有7×1012年以上，可以说太阳能是取之不尽用之不竭的天赐能源。

我国陆地2/3以上地区的年日照时数大于2000h，太阳能相当丰富。

目前，太阳能的利用主要有太阳能电池发电和太阳能热水器制热。

而在一些名胜古迹和公园已经可以见到太阳能路灯了，为家庭住宅提供能源的太阳能发电系统(3kW)已经在发达国家作为示范工程而被推广，用太阳能电池提供动力的汽车和游艇也已经出现在人们的眼前。

1太阳能电池在能源危机日益加深的今天，由于化石能源的不可再生，氢能利用中的储氢材料问题依然没有解决，风能、核能利用难以大面积推广，太阳能作为另一种可再生清洁能源足以引起人们的重视。

利用太阳能已经是各相关学科一个很重要的方向。

1839年，法国科学家Becquerel发现涂布了卤化银颗粒的金属电极在电解液中产生了光电流，从此人们在光电转化领域开展了大量的工作。

直到1954年第一个实用性的半导体太阳能电池的问世，“将太阳能转化成电能”的想法终于真正成为现实，1991年之前人们对太阳能的利用停留在利用半导体硅材料太阳能电池上，这种太阳能电池虽然已经达到了超过15%的转化效率但是它的光电转化机理要求材料达到高纯度且无晶体缺陷，再加之硅的生产价格居高，这种电池在生产应用上遇到了阻力。

纳米二氧化钛浆料的制备及应用研究纳米二氧化钛（Nano-TiO2）是一种具有良好耐候性和热稳定性的半导体材料，受到了广泛的关注和应用。

纳米二氧化钛具有低毒、高特异性、良好的光催化、电化学性质以及强氧化作用等多项优良性能，能够广泛应用于太阳能电池、物理信息学、光化学反应、生物医学等领域。

本文将从制备纳米二氧化钛浆料的方法、纳米二氧化钛的表征以及纳米二氧化钛在环境治理、电池、高分子复合材料、生物医学等方面的应用研究进展等几个方面描述纳米二氧化钛浆料的制备及应用研究。

一、纳米二氧化钛浆料的制备方法纳米二氧化钛浆料的制备方法通常包括水相法、界面法和气相法。

目前，最为常见的制备方法是水相法。

1、水相法水相法一般采用水热法或溶胶-凝胶法制备。

水热法是将氢氧化钛溶胶在高温高压的条件下，反应一段时间，形成微米到纳米级别的球状颗粒。

水热法能够制备高分散性、晶型和晶粒大小可控的纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法是将钛酸酯等前驱体经溶胶、凝胶、煅烧得到纳米晶粒的方法。

其中，水热法和溶胶-凝胶法的制备成本较低，应用领域较广。

2、界面法界面法除了水相法中的两种制备方法之外，还包括溶剂热法、微乳法、反应过程控制法、浆料法等。

溶剂热法是利用有机溶剂作为反应介质，将钛酸酯等前驱体加入有机溶剂中，加热后产生类似于水热法中超临界水流的条件下，形成纳米二氧化钛粉末。

微乳法是将油相和水相通过表面活性剂的作用形成微观混合体，再加入钛酸酯等前驱体，紧接着再通过加热等方法得到纳米二氧化钛的制备方法。

3、气相法气相法是利用化学气相沉积（CVD）工艺或物理气相沉积（PVD）制备纳米二氧化钛。

这种方法的优点是制备高纯度、晶型良好的纳米二氧化钛。

但同时也存在较高制备成本等缺点。

二、纳米二氧化钛的表征纳米二氧化钛的表征包括物理性质和化学性质等。

物理性质方面主要包括表面积、粒径、晶型等；化学性质方面主要包括化学组成、化学反应活性等。

1、表面积纳米二氧化钛的表面积一般通过比表面积等数据来表征纳米二氧化钛的分散性、活性等理化性质。

TiO2在钙钛矿结构太阳能电池中的应用研究进展攀钢集团研究院信息研究所2016年4月目录1 前言 02 钙钛矿结构太阳能电池的开发进展 (1)2.1钙钛矿的基本结构及太阳能电池构造 (1)2.2钙钛矿结构太阳能电池的开发进展 (2)3 TiO2在钙钛矿结构太阳能电池中的应用研究进展 (3)3.1T I O2致密层的研究进展 (4)3.2T I O2骨架层的研究进展 (9)4 结论与展望 (15)TiO2在钙钛矿结构太阳能电池中的应用研究进展摘要：介绍了钙钛矿及其太阳能电池的基本结构，阐述了钙钛矿结构太阳能电池的研究及开发进展以及TiO2在其中的应用研究进展，调研了基于纳米TiO2的器件结构、材料形貌和制备方法等对电池性能的影响及其广泛的应用前景。

1 前言传统的化石能源不仅储量有限、不可再生，还会在使用过程中给环境带来巨大的污染。

太阳能电池因能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会发展提供取之不尽、用之不竭的清洁能源，成为人类社会应对能源危机、解决环境问题和寻求可持续发展的重要对策。

经过长期的研究与发展，单晶硅基太阳能电池技术目前已经比较成熟。

但是，单晶硅基太阳能电池存在生产成本高、生产过程能量消耗大、环境污染严重且成本回收时间长等问题。

因此，人们还在不断地探索开发更廉价的高效太阳能电池技术。

经过多年研发，基于CuInGaSe、CdTe、多晶硅、非晶硅等材料的薄膜太阳能电池技术已经取得了长足的进步。

然而，这些电池技术仍然存在一些不足，例如CuInGaSe薄膜电池需要使用地壳中非常匮乏的元素In和Ga，不利于这种电池的大规模持续应用；CdTe中含有重金属元素Cd，会造成环境污染问题。

为此，探索高效、廉价、环保的新型太阳能电池技术的努力仍在继续，新兴的太阳能电池技术不断涌现，包括染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和量子点太阳能电池等。

有机金属卤化物钙钛矿结构太阳能电池是一种以全固态钙钛矿结构作为吸光材料的太阳能电池，在光电转换领域具有重要的应用前景。

TiO2基量子点敏化太阳能电池光电转换性能研究共3篇TiO2基量子点敏化太阳能电池光电转换性能研究1随着全球能源需求的不断增长和化石能源的有限性，利用可再生能源已成为解决能源问题的主要途径。

太阳能电池作为一种有效的可再生能源利用技术，吸引了广泛的关注。

其中，钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率和良好的稳定性，成为当前太阳能电池领域的研究热点。

钙钛矿太阳能电池的核心是光敏染料，而TiO2作为光电转换层的常见材料之一，是大多数光敏染料所用的基础材料。

然而，TiO2基太阳能电池存在着光吸收范围窄、电荷分离率低、光电转换效率不高等问题。

此外，传统TiO2粒子的大小对光敏染料的光吸收和电荷分离产生了制约。

为了解决这些问题，近年来，研究人员提出了一种新型的太阳能电池——TiO2基量子点敏化太阳能电池。

TiO2基量子点敏化太阳能电池是一种采用纳米级量子点敏化TiO2电极的太阳能电池。

量子点具有尺寸小、光谱特性可调、光吸收强度高等优点，能够显著提高太阳能电池的光电转换效率和性能稳定性。

在TiO2基量子点敏化太阳能电池中，量子点作为敏化剂，通过光激发产生电子-空穴对，从而促进了电荷的分离和传输，从而大大提高了太阳能电池的效率和稳定性。

在TiO2基量子点敏化太阳能电池的制备中，主要涉及到量子点的制备和修饰、TiO2电极的处理和组装等方面。

其中，量子点的制备方法包括热分解法、微乳液法、共沉淀法等，而修饰方法则包括表面修饰、离子掺杂等。

在TiO2电极的处理和组装方面，常用的方法包括涂覆、浸渍、喷雾等多种方法。

近年来，研究人员对TiO2基量子点敏化太阳能电池进行了广泛的研究。

研究表明，TiO2基量子点敏化太阳能电池具有以下优点：首先，量子点的尺寸可以控制在纳米级别，使其具有更好的量子效应和光电性能；其次，量子点的光吸收范围更广，能够更有效地吸收太阳能；最后，量子点与TiO2之间存在很强的电子转移效应，能够促进电荷的分离和传输，从而大大提高了太阳能电池的效率。

纳米TiO2在太阳能电池方面的应用【摘要】本文主要介绍了纳米TiO2在太阳能电池领域的应用。

对纳米TiO2的制备方法进行了描述，包括溶胶-凝胶法、水热法等。

然后，详细介绍了纳米TiO2在光敏染料太阳能电池、有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池中的应用情况。

接着，对纳米TiO2在提高太阳能电池效率方面的研究进行了探讨，包括提高光吸收和光电转换效率等方面。

总结指出纳米TiO2有望成为太阳能电池中重要组件的材料。

通过本文的介绍，有助于加深我们对纳米TiO2在太阳能电池中的应用认识，为太阳能电池领域的研究和发展提供指导和借鉴。

Total words: 188.【关键词】纳米TiO2, 太阳能电池, 应用, 制备方法, 光敏染料太阳能电池,有机太阳能电池, 钙钛矿太阳能电池, 提高效率, 研究, 结论, 材料。

1. 引言1.1 纳米TiO2在太阳能电池方面的应用目前，研究人员已经探索了多种制备纳米TiO2的方法，并将其应用于不同类型的太阳能电池中。

在光敏染料太阳能电池中，纳米TiO2被用作电解质电子输运层，能够有效地提高电荷的分离和传输效率。

在有机太阳能电池中，纳米TiO2的高比表面积和光催化性能使其成为优质的电子传输材料。

在钙钛矿太阳能电池中，纳米TiO2作为电荷传输层，能够促进电子的输运和提高光电转换效率。

研究人员还在针对提高太阳能电池效率的研究中发现，纳米TiO2能够增加太阳能电池的光吸收能力，并改善电子传输效率。

纳米TiO2有望成为太阳能电池中重要组件的材料，为太阳能电池的发展提供更多可能性。

2. 正文2.1 纳米TiO2的制备方法纳米TiO2的制备方法可以通过溶胶-凝胶法、水热法、氢氧化钠法等多种途径实现。

溶胶-凝胶法是最常见的方法之一。

该方法首先将钛酸四丁酯与溶剂混合，形成溶胶；然后通过热处理或加入硝酸铁、尿素等掺杂物，促使溶胶凝胶成固体TiO2颗粒。

水热法则是在高温高压的水环境下，钛酸四丁酯与水反应生成TiO2晶体。

纳米二氧化钛薄膜在太阳电池中的应用摘要:纳米TiO2具有许多优越的性能,但其禁带较宽,用染料对纳米TiO2进行敏化,拓宽其光谱响应范围,染料敏化的纳米TiO2应用于太阳电池上,具有廉价、无毒、稳定等优势。

本文讨论了纳米TiO2薄膜的制备、染料敏化,及其在太阳电池中的应用。

关键词:纳米TiO2 太阳电池应用太阳能是最干净而又取之不尽的自然能源,太阳每年向地球输送3×1024J的能量,目前全球每年能耗只相当于太阳在1小时投射到地球表面的能量。

随着人类工业文明的迅猛发展,能源危机和环境污染成为亟待解决的问题。

太阳电池做为一种开发新能源和可再生清洁能源,这对克服我国能源紧张、改善生态环境具有重大意义。

近年来,染料敏化纳米薄膜太阳电池取得了突破性进展。

这种太阳电池中的半导体材料纳米TiO2具有丰富的含量、廉价的成本、无毒、性能稳定且抗腐性能好等优势。

1 纳米二氧化钛TiO2通常有三种晶体结构:锐钛矿、金红石和板钛矿结构。

板钛型属于正交晶系,不稳定,在光催化中很少使用。

金红石型和锐钛型TiO2的晶型都属于四方晶系,金红石型纳米TiO2耐热性、热稳定性、化学稳定性均优于锐钛型纳米TiO2,被广泛应用于涂料、油漆、化妆品、塑料等领域,而锐钛矿型纳米TiO2的光催化和光电转换性能明显高于金红石型纳米TiO2,锐钛矿型高温下易转化为金红石型。

TiO2具有许多优越的性能,它廉价无毒,化学和生物惰性、高折射率、光活性、光稳定性好,在陶瓷、环保、涂料、日用品、防晒类护肤品、食品包装薄膜、纤维等领域有广阔的应用前景。

纳米TiO2具有大的BET比表面积和孔洞体积,能够吸附更多的染料分子,提高光吸收效率,纳米TiO2独特的光学性能及其电性能使其在催化剂、抗紫外线吸收剂、气敏传感器件等众多领域具有广泛的应用前景,在光电池方面也显示出了巨大的应用潜力。

纳米TiO2半导体膜的制备方法有:化学气相沉积法、磁控溅射法、等离子体喷涂法、水热合成法、溶胶凝胶法等。

纳米二氧化钛的制备及其在太阳能电池中的应用／武丽慧等61纳米二氧化钛的制备及其在太阳能电池中的应用’武丽慧，张永哲，韩立中，康翠萍，赵建果，谢二庆(兰州大学物理科学与技术学院电子材料研究所，兰州730000)摘要静电纺丝是一种简单而常用的制备纳米线的方法。

为了得到具有均匀颗粒以及附着性良好的薄膜从而应用于染料敏化太阳能电池光阳极，采用在电纺丝前驱体溶液中加入乙醇胺的方法，成功制备了与衬底附着良好的Ti()2纳米晶薄膜，并制备了不同厚度的Ti02纳米晶薄膜，详细探讨了Ti()2膜的厚度对电池各个重要参数的影响。

关键词静电纺丝乙醇胺均匀纳米颗粒太阳能电池P r epa r a t i on of N ano T i t a ni a a nd I t s A ppl i c at i on i n Sol ar C el l sW U L i hui，Z H A N G Y ongzhe，H A N L i zhong，K A N G C ui pi ng，Z H A O J i anguo，X I E E r qi ng (School of Phys i cal S c i e nce a nd Tec hnol ogy，L a nz hou U ni ve r s i t y，Lanzhou730000)A bs t ract E l ect r osp i nn i ng t e chni que i s a si m pl e m et hod t O pr ep ar e na now i r e．I n or der t O pr e pa r e f i l m s w i t h U—ni f or m nan opar t i cl es a nd go od adhes i on t O t he su bst r at e f or dye-sensi t i zed sol ar c el l s(D SS C)，m onoet hanol am i ne i s ad d—ed i nt o t he el ect r i spun sol u t i on i n t h i s w o r k．I n addi t i on nan opa r t i cl e T i02f i l m s w i t h di f f er ent t h i ckn esse s ar e pr epared．T h e ef f ect of t he t hi chne ss of Ti02f i l m s o n t he i m port ant par am em t ers of D SSC i s st ud i ed i n de t ai l．K ey w or ds el ec t r ospi nni ng，M EA，uni f or mnanopar t i c l es，sol ar cel ls0引言1991年瑞士G r f i t zel研究小组在N at ure上发表了一篇关于新型太阳能电池——染料敏化太阳能电池(D SSC)的文章[1]，掀起了世界各国研究的热潮。

纳米TiO2在太阳能电池方面的应用利用纳米尺度的半导体如TiO2、ZnO、SnO2等作为太阳能电池的光电极的研究是世界范围的研究热点，其中纳米TiO2由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转换电池使用最普遍的材料。

研究进展1991年，瑞士洛桑高等学校的Brian O Regan和Graetzel M 报道了一种以染料敏化TiO2纳米晶膜作光阳极的新型高效太阳能电池，从而开创了太阳能电池的新世纪，世界上第一个纳米太阳能电池诞生了。

但是利用液态电解质作为空穴传输材料实践中存在许多无法改进的缺陷，如由于密封工艺复杂，长期放置造成电解液泄露，电池中还存在密封剂与电解液的反应，电极有光腐蚀现象，且敏化染料易脱附等，研究者们以固态空穴传输材料取而代之制备出全固态纳米太阳能电池，并取得可喜的成就。

1996年，Masamitsu等人利用固态高分子电解质制备了全固态太阳能电池，利用特殊的制备方法获得了高离子导电性的电解质，得到了连续的光电流，并得到0.49％的光电转换效率。

1998年Graetzel等人利用OMeTAD作空穴传输材料得到0.74％的光电转换效率，而其单色光光电转换效率达到了33％，引起了世人的瞩目，使纳米太阳能电池向全固态迈进了一大步。

国际上的研究热点之一是将单个液结TiO2纳米太阳能电池串联，以提高开路电压。

中科院等离子体研究所为主要承担单位的研究项目在此领域取得重大突破性进展，2004年10月中旬建成了500瓦规模的小型示范电站，光电转换效率达到5%。

这项成果使我国大面积染料敏化纳米薄膜太阳电池的研制水平处于国际领先地位，为进一步推动低太阳电池在我国的实用化打下了牢固基础。

专利国内外都公开了一些相关领域的专利，其中日本的专利数量最多。

下面选取近几年部分专利简单介绍。

北京大学2002年5月22日公开的CN1350334纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，涉及一种纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，以宽禁带半导体纳米晶膜为基底，在该基底表面吸附一层金属离子，再在金属离子吸附层上吸附光敏化剂。