研究目的
基于ZnO纳米棒-TiO2纳米管复合光阳极的染料敏化太阳能电池增强光捕获性能研究。
研究成果
该研究成功证明，TiO2/ZnO混合纳米复合材料能显著提升染料敏化太阳能电池的光捕获性能。研究发现ZnO纳米棒修饰的最佳水热温度为130°C，由此获得的光电转换效率达1.67%，比裸TiO2纳米管高出两倍。这种提升归因于TiO2纳米管与ZnO纳米棒之间的协同效应，该效应降低了复合速率并增强了电荷转移。研究结果表明，此类混合光阳极对提高DSSC效率具有巨大潜力。
研究不足
该研究聚焦于优化TiO2纳米管上ZnO纳米棒水热生长的温度参数，但未探究前驱体浓度、反应时间等其他可能影响光阳极性能的因素。此外，研究仅限于实验室规模实验，未涉及商业化应用的规?；侍?。
1：实验设计与方法选择：
本研究通过两步合成法制备TiO2/ZnO复合纳米材料（TZ）作为染料敏化太阳能电池（DSSC）的光阳极。第一步采用电化学氧化法在钛片上生长TiO2纳米管；第二步通过水热法（使用等摩尔浓度0.1M前驱体）用ZnO纳米棒修饰这些纳米管。通过调节水热温度优化修饰密度以提高光电转换效率。
2：1M前驱体）用ZnO纳米棒修饰这些纳米管。通过调节水热温度优化修饰密度以提高光电转换效率。 样品选择与数据来源：
2. 样品选择与数据来源：以钛箔（1.3×2.5 cm，0.25 mm厚度，99.7%纯度）为基底生长TiO2纳米管，采用六水合硝酸锌和六亚甲基四胺为前驱体在水热条件下合成ZnO纳米棒。
3：3×5 cm，25 mm厚度，7%纯度）为基底生长TiO2纳米管，采用六水合硝酸锌和六亚甲基四胺为前驱体在水热条件下合成ZnO纳米棒。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括用于清洗的超声波清洗机、阳极氧化用直流电源、合成ZnO纳米棒的聚四氟乙烯涂层不锈钢水热反应釜，以及FE-SEM、XRD和XPS等表征仪器。材料包含钛箔、NH4F、乙二醇、六水合硝酸锌和六亚甲基四胺。
4：4F、乙二醇、六水合硝酸锌和六亚甲基四胺。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：首先清洗钛箔并进行阳极氧化生长TiO2纳米管，随后退火处理使其转变为锐钛矿相。通过不同温度水热合成在纳米管上生长ZnO纳米棒，所得TZ光阳极经表征后用于组装DSSC并进行性能测试。
5：数据分析方法：
采用电流-电压（J-V）曲线和电化学阻抗谱（EIS）评估DSSC性能，通过FE-SEM、XRD和XPS分析光阳极形貌与成分。
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XRD
PANanalytical Empyrean
PANanalytical
Phase analysis
-
XPS
Thermo Scientific K-Alpha
Thermo Scientific
Chemical composition analysis
-
NH4F
98% purity
Sigma-Aldrich
Electrolyte component for anodic oxidation
-
Ethylene glycol
99.8% purity
Sigma-Aldrich
Electrolyte component for anodic oxidation
-
Platinum mesh
99.9% purity
Sigma-Aldrich
Counter electrode for anodic oxidation
-
FE-SEM
FEI Quanta 450
FEI
Surface morphology analysis
-
Titanium foils
0.25 thickness, 99.7% purity
Sigma Aldrich
Substrate for TiO2 nanotube growth
-
Zinc nitrate hexahydrate
98% purity
Sigma Aldrich
Precursor for ZnO nanorod synthesis
-
Hexamethylenetetramine
99.7% purity
Sigma Aldrich
Precursor for ZnO nanorod synthesis
-
Teflon-coated stainless steel hydrothermal reactor
DAB-2
Berghof GmbH
Hydrothermal synthesis of ZnO nanorods
-
Ru-based commercial N719 dye
Sigma Aldrich
Dye sensitizer for DSSC
-
Platisol T
Solaronix
Modification of FTO glass for counter electrode
-
FTO glass
~ 13 Ω / sq
Sigma Aldrich
Substrate for counter electrode
-
I￣ / I3￣ redox pair
Hi-30
Solaronix
Electrolyte for DSSC
-
Gamry-Interface 1000 potentiostat
Gamry
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements
-
Solar simulator
ABET 10500
Light source for performance tests
-
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