TiO2纳米晶复合纳米棒染料敏化太阳能电池

doi:10.3866/PKU.WHXB20110734

物理化学学报 >> 2011, Vol. 27 >> Issue (07): 1701-1706.doi: 10.3866/PKU.WHXB20110734

TiO₂纳米晶复合纳米棒染料敏化太阳能电池

刘润花^1,2, 张森², 夏新元², 云大钦², 卞祖强², 赵永亮¹

1. 内蒙古大学化学化工学院, 呼和浩特 010021;
2. 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871

收稿日期:2011-02-28 修回日期:2011-05-19 发布日期:2011-06-28
通讯作者: 卞祖强, 赵永亮 E-mail:bianzq@chem.pku.edu.cn; hxzhaoyl@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(90922004, 20971006, 20821091)资助项目

DSSCs Using a Nanoparticle/Nanorod Composite TiO₂ Film as a Photoanode

LIU Run-Hua^1,2, ZHANG Sen², XIA Xin-Yuan², YUN Da-Qin², BIAN Zu-Qiang², ZHAO Yong-Liang¹

1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mogolia University, Hohhot 010021, P. R. China;
2. College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China

Received:2011-02-28 Revised:2011-05-19 Published:2011-06-28
Contact: BIAN Zu-Qiang, HAO Yong-Liang E-mail:bianzq@chem.pku.edu.cn; hxzhaoyl@163.com
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (90922004, 20971006, 20821091).

摘要/Abstract

摘要：

通过二次水热法合成锐钛矿TiO₂纳米棒(ANR). 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)等手段对其进行表征. 通过调节ANR和锐钛矿纳米颗粒(ANP)的掺杂比例来增加TiO₂纳米晶膜的光捕获效率和电子传输速率, 并对比了单层结构(ANR+ANP)和双层结构(ANP/(ANR+ANP))的纳米晶膜光阳极的光电转化性能. 在AM 1.5、光强100 mW·cm^-2的模拟太阳光下测试, 染料N719敏化的双层结构太阳能电池光电转化效率达7.3%, 比相同条件下单层纯ANP光阳极器件的光电转化效率(6.1%)提高了20%.

关键词: 染料敏化太阳能电池, 纳米棒, 纳米颗粒, 电子传输速率, 光捕获效率, 光电转化效率

Abstract:

TiO₂ anatase nanorods (ANR) were synthesized by a two-step hydrothermal method. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and transmission electron microscopy (TEM). To increase the light harvesting efficiency and electron transfer rate, N719 dye-sensitized solar cells (DSSCs) were constructed and compared by adjusting the doping ratio of the anatase nanoparticles (ANP) and ANR in the TiO₂ nanocrystalline film that was used as a photoanode in the DSSCs. The best light-to-electricity conversion efficiency (7.3%) was obtained for a double-layered photoanode (ANP/(ANR+ANP)) cell, which is 20% higher than the traditional single-layered ANP cell (6.1%) when tested under the same conditions and at AM 1.5, 100 mW·cm^-2.

Key words: Dye-sensitized solar cell, Nanorod, Nanoparticle, Electron transfer rate, Light capture efficiency, Photoelectric conversion efficiency

刘润花, 张森, 夏新元, 云大钦, 卞祖强, 赵永亮, . TiO₂纳米晶复合纳米棒染料敏化太阳能电池[J]. 物理化学学报, 2011, 27(07), 1701-1706. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110734

LIU Run-Hua, ZHANG Sen, XIA Xin-Yuan, YUN Da-Qin, BIAN Zu-Qiang, ZHAO Yong-Liang. DSSCs Using a Nanoparticle/Nanorod Composite TiO₂ Film as a Photoanode[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27(07), 1701-1706. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110734

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20110734

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2011/V27/I07/1701

参考文献

(1) O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737.
(2) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.
(3) Yamaguchi, T.; Tobe, N.; Matsumoto, D.; Arakawa, H. Chem. Commun. 2007, 4767.
(4) Green, M. A.; Emery, K.; King, D. L.; Hishikawa, Y.;Warta,W. Photovolt: Res. Appl. 2006, 14, 455.
(5) Ferber, J.; Luther, J. Solar Energy Materials and Solar Cells 1998, 54, 265.
(6) Barbe, C.; Arendse, F.; Comte, P.; Jirousek, M.; Lenzmann, F.; Shklover, V.; Grätzel, M. J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 3157.
(7) Koo, B.; Park, J.; Kim, Y.; Choi, S. H.; Sung, Y. E.; Hyeon, T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 24318.
(8) Adachi, M.; Murata, Y.; Takao, J.; Jiu, J.; Sakamoto, M.;Wang, F. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14943.
(9) Liu, B.; Aydil, E. S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3985.
(10) Kang, S. H.; Choi, S. H.; Kang, M. S.; Kim, J. Y.; Kim, H. S.; Hyeon, T.; Sung, Y. E. Adv. Mater. 2008, 20, 54.
(11) Law, M.; Greene, L. E.; Johnson, J. C.; Saykally, R.; Yang, P. Nat. Mater. 2005, 4, 455.
(12) Tan, B.;Wu, Y. Y. J. Phys. Chem. B. 2006, 110, 15932.
(13) Yoon, J. H.; Jang, S. R.; Vittal, R.; Lee, J.; Kim, K. J. J. Photochem. Photobiol. A 2006, 180, 184.
(14) Marco, L. D.; Manca, M.; Giannuzzi, R.; Malara, F.; Melcarne, G.; Ciccarella, G.; Zama, I.; Cingolani, R.; Gigli, G. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4228.
(15) Wang, Z. S.; Kawauchi, H.; Kashima, T.; Arakawa, H. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1381.
(16) Xu, H.; Tao, X.;Wang, D. T.; Zheng, Y. Z.; Chen, J. F. Electrochimica Acta 2010, 55, 2280.
(17) Barbe, C. J.; Arendse, F.; Comte, P.; Jirousek, M.; Lenzmann, F.; Shklover, V.; Grätzel, M. J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 3157.
(18) Yu, Y. X.; Xu, D. S. Appl. Catal. B: Environ. 2007, 73, 166.
(19) Wang, Z. S.; Huang, C. H.; Huang, Y. Y.; Hou, Y. J.; Xie, P. H.; Zhang, B.W.; Cheng, H. M. Chem. Mater. 2001, 13, 678.
(20) Yang,W. G.;Wan, F. R.;Wang, Y. L.; Jiang, C. H. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 133121.
(21) Wang, Z. S.; Yamaguchi, T.; Sugihara, H.; Arakawa, H. Langmuir 2005, 21, 4272.
(22) Bisquert, J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 325.
(23) Hoshikawa, T.; Yamada, M.; Kikuchi, R.; Eguchi, K. J. Electrochim. Soc. 2005, 152, E68.
(24) Gong, F. Impedance Analysis of Dye-Sensitized Solar Cells. Ph. D. Dissertation, Tianjin University, Tianjin, 2007. [巩峰. 染料敏化太阳能电池阻抗分析[D]. 天津: 天津大学, 2007.]
(25) Kuang, D. B.; Uchida, S.; Humphry-Baker, R.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Angew. Chem. Int. Edit. 2008, 47, 1923.
(26) Cheng, Z. L.; Yang, X. R. Chin. J. Anal. Chem. 2000, 29, 6. [程志亮, 杨秀荣. 分析化学, 2000, 29, 6.]

[1]	袁干印, 奚政, 王楚, 孙晓环, 韩杰, 郭荣. 超分子手性聚苯胺-金复合纳米酶的构建及其对映选择性催化[J]. 物理化学学报, 2023, 39(7): 2212061 -0 .
[2]	谢君, 蒋雨恒, 李思扬, 徐鹏, 郑强, 范晓宇, 彭海琳, 唐智勇. TiO₂负载超低含量AuPd纳米颗粒在水蒸气条件下实现稳定的光催化甲烷偶联生成乙烷[J]. 物理化学学报, 2023, 39(10): 2306037 - .
[3]	张则尧, 姚艺希, 李彦. FeCo/MgO催化生长体相单壁碳纳米管的直径调控[J]. 物理化学学报, 2022, 38(8): 2101055 - .
[4]	朱弼辰, 洪小洋, 唐丽永, 刘芹芹, 唐华. 二维/一维BiOBr_0.5Cl_0.5/WO₃ S型异质结助力光催化CO₂还原[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7): 2111008 - .
[5]	吕琳, 张立阳, 何雪冰, 原弘, 欧阳述昕, 张铁锐. 双功能型嵌入镍纳米颗粒的碳棱柱状微米棒电极用于电化学甲醇氧化助力的节能产氢[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2007079 - .
[6]	肖瑶, 裴煜, 胡一帆, 马汝广, 王德义, 王家成. 磷化钴封装在磷富集的三维多孔碳及其双功能氧电催化性能研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(7): 2009051 - .
[7]	姜志民, 陈晴, 郑巧清, 沈荣晨, 张鹏, 李鑫. 1D Mn_0.2Cd_0.8S纳米棒/2D Ti₃C₂纳米片肖特基异质结的构建及光催化产氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2010059 - .
[8]	张建, 王亮, 伍芷毅, 王成涛, 苏泽瑞, 肖丰收. 理性设计核-壳Rh@沸石催化材料用于二烯烃选择加氢反应[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912001 - .
[9]	李蒙刚, 夏仲泓, 黄雅荣, 陶璐, 晁玉广, 尹坤, 杨文秀, 杨微微, 于永生, 郭少军. 具有优异甲醇耐受性的Rh掺杂PdCu有序金属间化合物纳米粒子增强氧还原电催化[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912049 - .
[10]	刘丹叶,陈东,刘卉,杨军. 贵金属在Ag₂S纳米颗粒中由内向外的迁移现象[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1906069 - .
[11]	唐小龙,张盛辉,于婧,吕春晓,迟雨晴,孙君伟,宋誉,袁丁,马兆立,张立学. 多孔氮化钛载体上铂催化剂的原子层沉积制备及其催化氧气还原性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(7): 1906070 - .
[12]	曹丹,安华,严孝清,赵宇鑫,杨贵东,梅辉. SiC/Pt/CdS纳米棒Z型异质结的制备及其高效光催化产氢性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(3): 1901051 - .
[13]	肖军燕, 齐利民. 环糊精与表面活性剂主客体作用诱导的金纳米棒可控自组装[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1910001 - .
[14]	方佳丽, 陈新, 李唱, 吴玉莲. 原位液体室透射电镜观察金纳米棒/石墨烯复合物的形成和运动过程[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 808 -815 .
[15]	刘芳,张鲁凤,董倩,陈卓. 小尺寸金石墨纳米颗粒的合成与表征[J]. 物理化学学报, 2019, 35(6): 651 -656 .

TiO₂纳米晶复合纳米棒染料敏化太阳能电池

DSSCs Using a Nanoparticle/Nanorod Composite TiO₂ Film as a Photoanode

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0