一种用于生长垂直排列的3D-TiO2纳米棒阵列的溶胶-凝胶方法，作为高效光阳极应用于高性能染料敏化太阳能电池

摘要： 本研究提出了一种简便、低成本且可扩展的溶胶-凝胶法，在FTO基底上涂覆超薄TiO2层作为种子层，用于在FTO上生长三维TiO2纳米棒(3D-TiO2-NR)阵列。随后通过包括纳米棒生长和化学蚀刻处理的两步水热工艺制备FTO/3D-TiO2-NR光阳极。采用小角X射线散射技术测量FTO/TiO2-sg样品中沉积TiO2的厚度，测得为21.3 nm。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)对3D-TiO2-NR进行形貌表征，结果显示形成了紧密附着的两层纳米结构垂直排列3D-TiO2-NR薄膜，具有立方基底和纳米棒头部结构。最终组装了采用碘基和钴(II/III)三(2,2'-联吡啶)配合物基电解质、分别搭载3D-TiO2-NR与TiO2-NP两种光阳极的染料敏化太阳能电池(DSSCs)，并研究其光伏特性。对于[Co(bpy)3]2+/3+穿梭体DSSC，基于3D-TiO2-NR的光阳极电池获得约3.5%的功率转换效率(η)，短路电流密度(Jsc)为9.36 mA cm?2，而基于TiO2-NP的光阳极电池η约为1.4%。结果表明，在采用大体积电子穿梭体的DSSCs中使用3D-TiO2-NR光阳极能显著提升光伏性能。电化学阻抗谱研究也显示纳米棒基光阳极构建的DSSCs具有更低的电荷转移电阻。