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对太阳能的利用是人类历史上一个永恒的探索。作为一种新型的太阳能电池,染料敏化太阳能电池因其制造成本低、取材广泛以及原材料可重复利用等优点而受到广泛关注。本文中利用水热法生长TiO2纳米线阵列,并利用丝网印刷技术在其上涂覆TiO2纳米晶多孔薄膜,制成TiO2纳米晶/纳米线双层结构光阳极,而后将其组装成染料敏化太阳能电池并对其光电转换效率进行了测试,主要内容如下: 采用丝网印刷技术,通过对印刷层数的控制来调节纳米晶薄膜的厚度,制备了膜厚在4~14μm之间的不同纳米晶薄膜,并对其形貌和晶型进行了表征。结果显示,该系列纳米晶薄膜中纳米晶颗粒的粒径在25～35nm之间,晶相为锐钛矿型。丝印所得纳米晶薄膜厚度约为2μm/层。对不同厚度TiO2纳米晶薄膜染料敏化太阳能电池I-V曲线的测量可知,随着纳米晶薄膜厚度的增加,电池的效率不断增大。纳米晶薄膜厚度为14μm时,电池的光电转换效率为4.09％。 利用TiCl4及钛酸四丁酯做钛源,用去离子水和盐酸的混合溶液作为反应溶剂,在FTO衬底上通过水热法生长TiO2纳米线。通过对钛源用量、反应中盐酸和去离子水的比率、反应温度以及反应时间的调节来达到控制所生长纳米线长度及线密度的目的。其中,TiCl4为1ml,盐酸为5ml,去离子水为15ml,反应温度为180℃,反应时间为6h的反应条件下,所生长TiO2纳米线长度约为8μm。TiCl4为0.5ml,盐酸为5ml,去离子水为15ml,反应温度为180℃,反应时间为6h的反应条件下,所生长TiO2纳米线长度约为4μm。在钛酸四丁酯为0.5ml,盐酸为5ml,去离子水为15ml,反应温度为180℃,反应时间为6h的反应条件下,所生长TiO2纳米线长度约为2.15μm。 利用以上三种不同长度的纳米线阵列作为光阳极制备染料敏化电池,并对其I-V特性进行测量可知,随着纳米线阵列长度的增加,染料敏化太阳能电池的光电转换效率增加。纳米线长度为8μm的染料敏化电池的光电转换效率最高,为3.43％。 基于不同长度纳米线阵列做光阳极的光电性能测试结果,选择光电效率最高的8μm纳米线阵列作为双层结构的底层,在其上涂覆0～3层纳米晶多孔薄膜组成TiO2纳米晶/纳米线双层结构。对该双层结构的I-V特性测试结果表明,在8μm纳米线阵列表面沉积6μm纳米晶薄膜后电池的光电转换效率最高,为4.67％。比单纯使用8μm纳米线阵列高36.4％,比相同厚度(14μm)的纳米晶多孔薄膜高14.2％。这主要是由于TiO2纳米晶/纳米线双层结构光阳极能够同时利用纳米晶薄膜染料吸附量大和纳米线阵列电子复合率低的双重优势,从而实现提高染料敏化电池效率的目的。