TiO2 掺杂石墨烯作为光阳极在太阳能电池中的应用文献综述

 2021-09-25 01:07:58

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1.引言

近年来,对能源日益增长的需求促使人们寻求新的能源,其中,太阳能利用是人们研究的热点,各种太阳能电池已被开发利用。众所周知,太阳能电池电极材料是提高太阳能利用率的关键。为提高太阳能利用率需要解决两大问题:一是如何增加对可见光的吸收; 二是如何提高光电转换效率。人们广泛研究的TiO2 电极材料, 虽然具有优良的光敏性和稳定性,但是由于TiO2为宽禁带(3.2eV) 半导体,其最大吸收波长处于紫外光区,对太阳光的利用率低。另一方面,单独使用TiO2 时,光生电子和空穴容易无效复合,降低了能量转换效率[1-3]。为了更有效的利用太阳光,已经有许多方法能够促进 TiO2在可见光区域的光响应。研究表明,一些元素的掺杂使得TiO2在可见光区域能够响应,例如:非金属元素硼、氮、氟、硫化物和碳;金属元素铁和铌。通过与其他半导体复合形成复合材料是另一个提高其在可见光光化学反应的有效手段,如以下几种半导体:CdS、CdTe、CdSe、PbS、NiO、SrTiO3都用来提高 TiO2纳米管对可见光的利用率。然而,由于这些感光剂大部分具有毒性或者加钱昂贵,在实际的应用中受到很大限制。石墨或氧化石墨烯(GO) 是一种结构独特的新型碳材料[4],具有良好的机械性能和导电性能,在电子和能源领域具有广阔的应用前景。目前,已有研究小组将石墨烯与Ti02复合,制备了石墨烯/TiO2复合材料,增加了光生载流子的转移,有效地提高了复合材料的光电转换性能[5-6]

材料与方法

TiO2的制备

2.1.1气相法

四氯化钛气相法[7]

此方法是将氧气和氮气的混合气体通过TiCl4的蒸发器,预热到435℃,调制成反应用混合气体后送到反应器,TiCl4和氧气在900~1400℃时开始反应,反应后经气固分离得到微细二氧化钛。该工艺控制条件复杂,目前仍处于实验室小试阶段,有许多诸如反应器的结构设计等问题还有待解决,它的主要优点是自动化程度比较高,可制备优质二氧化钛粉体。

2.1.2液相法

液相法具有合成温度低、设备简单、易操作、成本低等优点,是目前实验室和工业上广泛采用的制备微细粉体的方法。这里主要就讲水热法。

2.1.3水热法[8]

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