论文部分内容阅读
优越的电子传输性能性使得一维纳米结构在目前研究领域引起强烈的关注。正因为如此,基于一维纳米结构的光电器件展现出杰出的性能。由于二氧化钛是一种多功能的环境友好型材料,一维纳米二氧化钛在今天受到广泛的研究和关注。常用的二氧化钛合成方法包括模板引入的溶胶-凝胶法,水热法,直接氧化法,化学气象沉积法等。在器件应用领域,因其突出的光电性能,一维纳米二氧化钛被作为目前研究热门的光阳极材料来制备染料敏化太阳能电池。并且由于其独特的禁带宽度而导致了对光有着较好的选择吸收性,使得二氧化钛成为一种在紫外光探测领域极具竞争力的活性材料。此外,二氧化钛在锂离子电池研究领域也受到广泛关注。其特有的循环及大倍率充放电特性使得一维纳米二氧化钛在能源存储领域也具有发展潜力。在本论文中,我们得到了一种由一维纳米结构组成的二氧化钛布状薄膜并用作能源转换和存储领域,主要内容包括如下方面:(1)以碳布作为可去除模板,通过微波辅助水热法我们很方便地合成了由无数纳米棒组成的二氧化钛布状结构。(2)良好的可转移性和柔性使其可以被转移至任意基底来做后期器件应用。例如,我们将这种布状二氧化钛薄膜转移至FTO基底来制备染料敏化太阳能电池,经过四氯化钛处理后可得到2.21%左右的光电转换效率。另外,这种可转移的布状纳米结构还被用作高性能的光探测器。当波长365纳米的紫外光照射时,光电流迅速增加得到60倍的开关比,响应时间和下降时间分别是1.4秒和6.1秒。后来这种材料还被用来做柔性和可回收光催化剂,在紫外光照射下对于亚甲基蓝染料溶液有着较好的降解能力,展现出了明显的光催化性能。(3)为了进一步优化其光电器件性能,我们通过将不同层数的二氧化钛布状薄膜(TNRC)转移至生长有二氧化钛纳米棒阵列的FTO导电玻璃(FTO)来得到这种二氧化钛布/纳米棒阵列的多层结构电极。由于TNR优异的电子传输性能以及TNRC特殊的光学性质,我们用用两层TNRC转移制备的纳米结构电极制备高性能染料敏化太阳能电池和自驱动紫外光探测器而取得最优化的结构设计。所制备的染料敏化太阳能电池的最高效率为4.02%,短路电流密度为9.81mA/cm2,性能的提高我们证明了是由于其增强的染料吸附能力,光散射特性以及减少的电荷复合。对于光电化学紫外光探测器,这种器件取得了在相应波长下迄今最高的量子效率46%以及0.271mA/cm2的短路光电流密度。其出色的自驱动,快速响应以及“日盲”特性,再加上对微弱光信号强度变化的完美线性响应预示着其潜在的实际应用价值。(4)能源存储应用在本文中也有所涉及。不将碳布模板去除而直接用生长而二氧化钛纳米棒阵列的碳布用作锂离子电池阳极材料,其在充放电测试中表现出的循环稳定性以及较长寿命证明了这种结构新颖的材料在实际能源存储应用中也有着巨大的潜力