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具有化学稳定性的透明氧化物半导体光电极在光电化学电池及光分解水制氢等方面具有重要的应用。但是氧化物半导体如TiO2，ZnO，SnO2，NiO等存在光吸收率低、光生电子-空穴对复合率高等局限性。我们设想利用不同导电类型的氧化物半导体组成P-N结，通过其内建电场加速光生电子-空穴对的分离，理论上有助于提高光电极的量子效率。
本文选取P型氧化物半导体NiO、N型氧化物半导体TiO2作为研究对象，分别以醋酸镍、钛酸四丁酯作为NiO、TiO2溶胶的前驱体，利用溶胶凝胶法，在450℃烧结温度下得到了单质P型NiO，N型TiO2和P-N结型复合光电极NiO-TiO2。我们利用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计和光电化学分析仪对其进行了相关表征。我们发现制备过程对TiO2薄膜的光电化学性质具有很大的影响，这是TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相发生转变引起的。我们还发现TiO2薄膜的厚度对单质光电极的光电化学性质也有很大的影响。对比NiO-TiO2复合光电极与单质NiO光阴极，NiO-TiO2复合光电极的阴极光电流优于单质NiO电极的阴极光电流，并且其平带电势相比于单质NiO电极发生正向移动，这些现象都是由P-N结的内建电场引起的。我们还仔细研究了TiO2层厚度对NiO-TiO2复合光电极的影响。
对于由染料敏化的光电化学电池，即染料敏化太阳电池，我们利用水热法合成TiO2溶胶，并通过刮涂法制备TiO2纳米晶薄膜电极。XRD结果表明合成的TiO2薄膜电极金红石相成分较多。SEM显示薄膜表面较均匀、平整，但是粒子的粒径小于10 nm，纳米粒子出。现团聚现象，颗粒之间的孔隙小，连接较差。另外，利用N3作为敏化染料剂，组装得到染料敏化太阳电池，其光电转换效率达到5.79％。我们还发现测试电压的扫描方向及延迟时间对光电转换效率测试有很大的影响，这是由TiO2电极与电解液之间的界面电容引起的，而这种现象在Si电池中没有观察到，这是因为染料敏化太阳电池的界面电容数量级为mF/cm2，比Si电池要大1000倍。该电容在光调制频率-光谱响应曲线中也得到证明。