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TiO2纳米晶多孔薄膜微观结构对DSSCs光电性能的影响
摘要
TiO2纳米晶多孔薄膜是染料敏化太阳能电池（DSSCs）中的关键组件之一，其微观结构对于DSSCs的光电性能有着重要的影响。本文通过对TiO2纳米晶多孔薄膜微观结构对DSSCs光电性能的研究，探讨了TiO2纳米晶多孔薄膜的制备方法、微观结构和DSSCs的光电性能之间的关系。实验结果表明，TiO2纳米晶多孔薄膜的微观结构对其吸收光谱、光电转化效率和稳定性等光电性能指标均有显著影响。
关键词：TiO2纳米晶多孔薄膜，染料敏化太阳能电池，微观结构，光电性能，制备方法
Abstract
TiO2nanocrystallineporousfilmsareoneofthekeycomponentsindye-sensitizedsolarcells(DSSCs),andtheirmicrostructurehasanimportantinfluenceonthephotoelectricperformanceofDSSCs.Inthispaper,therelationshipbetweenthemicrostructureofTiO2nanocrystallineporousfilmsandthephotoelectricperformanceofDSSCswasexploredbystudyingtheTiO2nanocrystallineporousfilms.TheexperimentalresultsshowthatthemicrostructureofTiO2nanocrystallineporousfilmshasasignificantimpactontheirphotoelectricperformanceindicatorssuchasabsorptionspectra,photoelectricconversionefficiencyandstability.
Keywords:TiO2nanocrystallineporousfilm,dye-sensitizedsolarcell,microstructure,photoelectricperformance,preparationmethod
引言
近年来，随着能源危机的加剧和环境污染的日益严重，研究新型绿色能源技术已经成为全球科学家和工程师的共同目标。染料敏化太阳能电池（DSSCs）由于其高效率、低成本和易于制备等优点，成为了新型太阳能电池中备受关注的研究领域之一。在DSSCs的光电转换过程中，TiO2纳米晶多孔薄膜作为DSSCs最关键的组件之一，对DSSCs的光电性能有着重要的影响。因此，如何优化TiO2纳米晶多孔薄膜的微观结构，成为当前DSSCs研究中的一个重要问题。
TiO2纳米晶多孔薄膜的制备方法和微观结构对DSSCs的光电性能有着很大的影响。本文将探讨TiO2纳米晶多孔薄膜的制备方法、微观结构和DSSCs的光电性能之间的关系，并提出一些优化TiO2纳米晶多孔薄膜微观结构的建议。
制备方法
TiO2纳米晶多孔薄膜的制备方法多种多样，其中最为常见的是溶剂热法、水热法、电沉积法、溶胶-凝胶法和物理气相沉积法等。在这些方法中，溶剂热法和水热法是最为简单、易于操作和可控性较好的方法。
溶剂热法是将钛酸四丁酯和正丁醇混合溶解，并在过量正丁醇的条件下通过水解和缩合反应制备出TiO2前体。将所制备的TiO2前体游离出来，通过旋涂等方法制备成膜，在高温下热处理得到TiO2纳米晶多孔薄膜。
水热法则是通过水热合成的方法制备出TiO2前体，然后通过溶胶-凝胶或旋涂等方法得到TiO2纳米晶多孔薄膜。两种方法所制备的TiO2纳米晶多孔薄膜具有很好的结晶度和孔隙结构，但水热法制备的TiO2纳米晶多孔薄膜具有更大的比表面积和更好的分散性能，因此在DSSCs中具有更好的光电性能。
微观结构对光电性能的影响
微观结构是影响TiO2纳米晶多孔薄膜光电性能的关键因素之一。TiO2纳米晶多孔薄膜的微观结构包括晶体形貌、孔径和孔壁厚度等。
晶体形貌是指TiO2纳米晶多孔薄膜中纳米颗粒的形状和大小。研究表明，在DSSCs中，TiO2纳米晶多孔薄膜中晶体形貌为球形或针状的纳米颗粒更有利于电子传输和光的吸收。而晶体形貌为片状或棱柱状的TiO2纳米晶多孔薄膜则不利于电子传输和光的吸收，从而降低了DSSCs的光电转化效率。
孔径是指TiO2纳米晶多孔薄膜中纳米孔洞的大小。孔径对于DSSCs中电子传输和光的吸收等光电性能指标有着重要影响。研究表明，纳米孔洞的大小应该控制在10~30nm之间，过大或过小的孔洞都不利于光电性能的提高。孔径过大会导致光的反射和散射，孔洞过小则会导致光的吸收减少。
孔壁厚度是指TiO2纳米晶多孔薄膜中纳米孔洞周围的