电纺丝制备TiO2及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，简称DSC）制作工艺简单、 成本低廉且光电转换效率较高，是一种很有前景的新型太阳能电池。使用一维 纳米材料取代传统的TiO2 纳米颗粒制备光阳极时，由于电子传输过程得到改善， 可能会提高DSC 的性能。电纺丝方法（Electrospinning）是一种便捷有效的制备 一维纳米纤维的方法，但是它在DSC 中的应用却受到两个问题的限制：与基板 间的粘附性差和总表面积小。本论文的研究目标在于解决这两个问题，使电纺 丝TiO2 纳米纤维能够很好的应用于DSC 中。 本文分别使用P25 和钛酸四异丙酯等原料制备了TiO2 纳米纤维，研究了 溶液组成和电纺丝参数对产物形貌的影响。为了增大纳米纤维的表面积，采取 了在溶液中加入P25 粉进行电纺丝、使用P25 粉溶液或钛酸四异丙酯溶液对TiO2 纳米纤维进行后处理、使用平行金属片或滚筒作为接收基板收集定向排列的纳 米纤维等一系列方法。其中，将烧结后的纳米纤维浸入P25 粉溶液中，可以使 表面积得到较为明显的增加。 将烧结后的电纺丝TiO2 纳米纤维薄膜转移至预涂一层TiO2 纳米晶浆料的 FTO 玻璃基板上，膜厚为9.7μm 时，得到了光电转换效率为5.03%的DSC 电池。 将TiO2 纳米纤维与水热法制备的TiO2 纳米晶浆料按一定的质量比混合后制得纳 米棒/纳米颗粒的复合结构的光阳极，膜厚约2μm 时，DSC 效率可达3.27%。根 据EIS 分析，纳米纤维的加入使得电子在TiO2 光阳极薄膜中的传输电阻降低， 从而有利于提高DSC 的光电转换效率。