敏化太阳能电池

3结果与讨论
3.5Au纳米线-TiO2纳米管核壳结构的FESEM及EDS
上图是Au纳米线-TiO2纳米管FESEM，图a-c均为俯视图。图a看出阵列存在聚集现象，b 则说明Au成功的沉积于TiO2纳米管。图d说明产物只含Ti、O、Au元素。
3结果与讨论
3.6Au纳米线-TiO2纳米管核壳结构的TEM
Au纳米线@TiO2纳米管核壳结构 的制备及其在染料敏化太阳能电池上的应用
Synthesis and application of core-shell Au–TiO2 nanowire photoanode materials for dye sensitized solar cells
Sahu, Gordon, Tarr*. RSC Advances, 2012, 2, 573–582
实验部分
2.2恒电位沉积应用举例一
CdSe 1.1工作电极：ITO；参比电极：溶于3M NaCl的Ag/AgCl；对电极：铂箔 1.2电解液 0.01M SeO2(99.9+%, Aldrich)、 0.01M H2SO4 0.2M CdSO4(99.99+%, Aldrich)； 溶液：DI 1.3恒电压沉积 0.6V
EDS
3结果与讨论
3.2TiO2纳米管的XRD
Figure S5. XRD pattern of TiO2 nanotube array on a glass substrate after removal of the AAO membrane. Positions of anatase peaks are noted. 从XRD分析得出，27.45˚的金红石衍射峰不存在，说明阵列是由多晶锐钛矿相构 成。择优取向为(101)。
Gu, Liao*, et al. Applied Surface Science, 2012
实验部分
2.2恒电位沉积应用举例一
循环伏安法Cyclic Voltammetry (CV)的技术参数
起始扫描方向为阴极，开始出现电流为-0.49V，说明发生了化学反应。 从-0.49V~-0.78V电流增加，说明有反应Cd2++SeO2+4H++6e−=CdSe↓+2H2O
实验部分-2.1仪器工作方式
2.1仪器工作方式 电化学工作站是基于恒电位仪、恒电流仪、电化学交流阻抗分析仪三 种技术的有机结合。
仪器可以用于二，三，四电极方式。上图为一个典型的三电极工作方式； 将其中的白色参比电极夹头和红色辅助电极夹头夹于同一铂丝对电极，绿 色工作电极不变，就成为二电极方式； 引入黑色感受电极的夹头，成为四电极工作方式。
2.2.1计时电流法Chronoamperometry (CA)
Low E（最低电位）即所需的沉积电位；Pulse Widh（脉冲宽度）即所需的沉积时 间。
实验部分-2.2恒电位沉积
2.2.2电流-时间曲线Amperometric i-t Curve
Init E（初始电位）即所需的沉积电位；Run Time（实验时间）即所需的沉积时间。
图中灰色部分是外径约为300nm多晶锐钛矿TiO2纳米管，黑色部分是直径为200nm的Au 纳米线。可以看出Au完全填充纳米管，生长机制：因为Ag的导电率远远大于TiO2纳米 管，所以沉积从管底部开始，逐渐生长成为均匀、连续的核壳结构。但是产物为多晶， 降低沉积速率有可能获得单晶Au。图dEDS说明产物只含Ti、O、Au元素，Cu是基材。
3结果与讨论
3.7太阳能电池的结构示意图
Schematic of assembled TiO2 nanotube DSSC or Au–TiO2 coreshell DSSC (NC = nanocrystalline). Not to scale
3结果与讨论
3.8各类太阳能电池的效率对比
表中为一系列电池的性能参数值。按照前面实验步骤所述的两种方法分成两大类，即 基体FTO与纳米复合结构光阳极之间有无TiO2层。各自又分别用Au和TiCl4对TiO2纳米管 改性研究其应用于电池的效果。具体结论如下： （1）上面八行存在TiO2粘连层，下八行没有。去除部分绝缘的粘连层，导电基体上的 电荷收集效率↑ → Jsc和η↑ （2）Au的存在,与仅有TiO2电池相比，尽管比表面积降低，但增加了Jsc、Voc、FF、η。 （3）TiCl4对整体结构的处理后形成一层二氧化钛，使得染料吸附增加，电子空穴复 合降低，电池的η↑
Au纳米线-TiO2纳米管复合结构的光阳极，实验采用了两种方法将其移至 FTO基材上，用于组装电池。第一种方法见图a，
FTO溅射2μmTiO2
溅射Ag侧沾胶 3M NaOH、45min 倒放在FTO上
2、实验部分
2.3组装敏化太阳能电池
Au纳米线-TiO2纳米管复合结构的光阳极，第一种方法中有2μmTiO2层，而 第二种方法没有该层。具体步骤如图b，
2.2CHI的电化学技术
实验部分-2.2恒电位沉积
2.2三电极工作模式下的恒电位沉积技术 CHI660D有很多种电化学技术可以实现恒电位沉积，包括多电位阶跃 Multi-Potential Steps (STEP)、计时电流法Chronoamperometry (CA)和 电流-时间曲线Amperometric i-t Curve等。下面简单介绍后两种方法：
文献
Synthesis and application of core-shell Au– TiO2 nanowire photoanode materials for dye sensitized solar cells
实验 CHI660D
2.1工作方式 2.2恒电位沉积
文献部分目录
介绍 实验部分
3h，长为30μm
4min、660nm
2min、300nm
孙秀玉等，材料科学与工程学报，2012
3结果与讨论
3.3TiO2纳米管的TEM及EDS
从TEM分析得出，图a二氧化钛纳米管外径在~200nm,图b二氧化钛纳米管壁厚为~515nm。
3结果与讨论
3.4TiO2纳米管的FESEM及EDS
从上图可以得知单位μm2上有8个纳米管，长度为2~3μm，外径300nm。图b看出纳米 管发生了聚集，但是图a和图b都可以明显看出纳米管阵列是开孔，可以进行后续沉积。
反向扫描-0.78V~-0.58V，大于-0.58V的氧化峰沉积在工作电极上的Cd氧化为Cd2+ 所以沉积的电压应该在-0.78V~-0.58V选择可以得到CdSe。
实验部分
2.2恒电位沉积应用举例二
一、三电极 工作电极为镀有Ａｇ膜的氧化铝模板；对电极为铂片电极； 参比电极为Ag/AgCl（0.1mol〃L-1 KCl）。 二、电解液 0.01mol〃L-1 AgNO3 三、循环伏安法电压扫描范围0.000~-0.600V 沉积时间3h、4min、2min 四、产物：直径60~70nm的Ag纳米线，长径比为500、11、5
2、原因： （1）金纳米线同样可以提供定向电子传输通路 （2）复合结构增强了对光的散射，进而增加光吸收量。 （3）TiCl4处理主要作用是在复合结构表面形成光散射层。
3.发展： 构造纳米阵列与导电基体的直接接触，即去除TiO2粘连层 其它导电性优良的金属材料替代Au纳米线
5、收获
收获： 1.光阳极材料结构的复杂化成为一个趋势，新颖的复合结构既保证了一定 量的染料吸附，又提高了光吸收，同时加快了电子移动速率。 2.复合结构的制备一般是两步法，即先通过一定的技术制备出纳米管阵列 （阳极氧化、基于模板的溶胶-凝胶等），然后通过另外一种技术（恒电 位、电流沉积，液相合成法）在纳米管内沉积第二种物质。 3.本文信息量很大，TiCl4处理在复合结构表面形成的光散射层，可以增 强 光吸收。
3结果与讨论
3.9Au和TiCl4对染料吸附量的影响
表中第一行仅有厚2.1μm的TiO2层粒子层，第二、三和四行在2μm厚的TiO2基层上增 加了纳米阵列。尽管第一行的厚度不到后三行的1/2，但其染料吸附量多出15%左右。
4、结论
1、产物： 经TiCl4处理Au纳米线@TiO2纳米管阵列核壳型复合结构光阳极材 料，与仅有TiO2纳米管的电池相比，效率提高近4倍。新颖的复合结构有 望成为一个获得高效率敏化太阳能电池的方向。
结果与讨论
结论 收获
1、介绍
1.1提高染料敏化太阳能电池的效率 有两大方向：一是提高光电子的传输速率；二是增强光吸收能力。 所以，用于染料敏化太阳能电池TiO2光阳极： （1）早期的介孔TiO2纳米粒子： 优点：比表面积↑ → 染料吸附量↑ 缺点：电子扩散系数小 （2）一维纳米结构TiO2纳米管： 优点：定向电子传导能力 → 电子复合率↓ → 电子扩散系数↑ 缺点：虽然比表面积大，但较TiO2纳米纳米粒子的小了很多。 （3）复合结构 如核壳结构ZnO-TiO2、Au-TiO2等。本文Au纳米线-TiO2纳米管核壳结构有两 大优点：其一，作为壳层的TiO2纳米管电子移动速度快。 其二，作为内核的Au导电性优良，化学和热稳定性好。同时，它增 强了体系的光散射效应，进而使光吸收增强。 纳米线与纳米管二者具有协同增强效应。
[1] Kang,Durstock*,et al.Nano Letters,2009,9,601-606
2、实验部分
Process for preparing templated Au–TiO2 core-shell nanowires
2.1溶胶-凝胶制备二氧化钛纳米管
2、实验部分
AAO（200nm、60μm）透明胶封其一端 85℃、15min wt=3:1的Ti(OC3H7)4 (四异丙基钛)和乙醇 去除模板上多余溶胶 放于密封烧杯 空气中500℃、30min TiO2纳米管阵列 12h
浸泡15-35min
Fra Baidu bibliotek
2、实验部分
2.2恒电流下金纳米线沉积
AAO包含纳米管一面 溅射一层Ag Ag作工作电极 Ag/AgCl作参比电极 Pt丝作辅助电极
Ag沾上双面胶， 双面胶只揭开一面
-0.9mA、80min DI清洗 3M NaOH,30min DI清洗 丙酮清洗双面胶
2、实验部分
2.3组装敏化太阳能电池
Byun, and Kim*, Adv. Mater.2010,22,2028-2032
实验部分
2.2恒电位沉积应用举例一
CdSe 1.1工作电极：ITO+AAO(500nm、50nm)；参比电极：溶于3M NaCl的Ag/AgCl； 对电极：铂箔 1.2电解液 0.01M SeO2(99.9%, SCRC)、 0.01M H2SO4(SCRC) 0.2M CdSO4(99.5+%, SCRC)； 溶液：DI 1.3恒电压沉积 -0.7V,200s 上述电压的确定采用循环伏安法Cyclic Voltammetry (CV)
3结果与讨论
3.1制样测试
FESEM XRD Carl Zeiss 1530 VP Philips X-pert PW 3040 MPD X-ray(40 kV、40 mA)
AAO模板在3M NaOH浸泡45min，干燥12h，用于FESEM和XRD。 FESEM需要将纳米管阵列用环氧树脂胶黏在玻璃片上。 TEM JEOL 2010 AAO模板在3M NaOH浸泡30min，然后将此溶液移入小玻璃瓶， 加入少量甲苯超声5min。
1、介绍
1.2本文内容 1.2.1产物 本文制备了一种用于染料敏化太阳能电池的光阳极材料：直径为200nm Au纳米线为核，外径300nm、长2-3μm的多晶锐钛矿相TiO2纳米管阵列为壳 层 的新颖复合结构 。 1.2.2方法 采用基于AAO的溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米管阵列，该过程有一下优 点：a可以控制模板的膜厚和孔径实现对纳米管长度、管外径的控制；b可 以控制时间实现对纳米管壁厚的控制。具体方法为之前有讲过[1]。 采用恒电流沉积法，在TiO2纳米管内部沉积了Au纳米线。