采用二氧化鈦(P25)、粘接劑和溶劑經(jīng)研磨制備致密二氧化鈦薄膜，并結(jié)合水熱法在致密薄膜上制備多孔二氧化鈦薄膜，然后再將其浸漬在醋酸鋅溶液中制備成TiO2/ZnO 復(fù)合薄膜，將所制得的復(fù)合薄膜分別作為光陽極制備成染料敏化太陽能電池。通過對光電性能的比較研究，底層致密外層多孔二氧化鈦薄膜遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于致密二氧化鈦薄膜，而在醋酸鋅中浸泡80 min 時所得TiO2/ZnO 復(fù)合薄膜的光電性能最好，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)4.36%。

　　本文通過一定比例的二氧化鈦粉末、粘接劑及溶劑經(jīng)研磨并配合水熱法采用涂敷法，在導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上制備底層致密外部多孔的雙層TiO2 薄膜，通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，來降低由于薄膜表面過于致密或過于疏松而致使染料吸附量不足或與基體結(jié)合不牢固對電池的光電性能所造成的影響。并在此基礎(chǔ)上通過復(fù)合半導(dǎo)體ZnO 來改變TiO2 薄膜的能級結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)帶與帶隙能發(fā)生交迭，提高光生電荷的分離效率，擴(kuò)展納米TiO2的光譜響應(yīng)，使其有利于電子的傳輸與轉(zhuǎn)移，降低電子- 空穴的復(fù)合概率，真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為這樣有助于提高電池的光電性能。

致密TiO2 薄膜電極的制備

　　稱取1.2 g TiO2 粉末(P25)并加入一定量的正丁醇于研缽中，待研磨40min 后加入一定量的粘結(jié)劑乙基纖維素EC 的正丁醇溶液(二氧化鈦與乙基纖維素的質(zhì)量比為8：5) 研磨30 min 后，再加入0.2 mL 的OP 乳化劑，研磨10 min 后，再加入松油醇，混合均勻后研磨60 min 制成漿料。之后將其分別均勻涂敷于6 塊FTO 的導(dǎo)電面上。鍍完薄膜后，放入溫度為80℃的保溫箱中干燥10 min，之后冷卻至室溫。然后將它們都放入馬弗爐中50 min升溫到500℃并保溫30 min。取其中一組浸泡于N719 染料中24 h (暗室存放)，然后取出用乙醇浸泡5 min，在暗處自然晾干，即得到致密二氧化鈦薄膜電極。其余5 組放入無塵環(huán)境中待用。

底層致密外層多孔TiO2 雙層薄膜電極的制備

　　首先取適量的異丙醇加入5 mL 鈦酸正丁酯溶液中，攪拌的同時加入20 mL 鹽酸溶液中。加熱劇烈攪拌6 h 后得到乳白色半透明的前驅(qū)體。將所得溶液加入到水熱反應(yīng)釜中在220℃~250℃范圍內(nèi)反應(yīng)12 h，取出后加入少量OP 乳化劑并攪拌。將所得膠體在之前制備的處于待用的5 組致密TiO2 薄膜上涂敷，放入保溫箱在80℃條件下干燥10 min。然后將它們都放入馬弗爐中50 min 升溫到500℃并保溫30 min。取其中一組經(jīng)染料浸泡后即得到底層呈致密結(jié)構(gòu)，外層呈多孔二氧化鈦雙層薄膜電極，其余4 組待用。

雙層TiO2 復(fù)合ZnO 薄膜電極的制備

　　首先將醋酸鋅(Zn (Ac)2·2H2O) 溶入純度為98%的無水乙醇中，在室溫條件下充分?jǐn)嚢柚敝疗渫耆�溶解，制成乳白色的前�?qū)體溶液，濃度為8×10^-3 mol/L。將上一步中待用的4 組二氧化鈦多孔薄膜浸入溶液中，浸泡時間分別為40 min、80 min、120 min、160 min，取出后用無水乙醇進(jìn)行清洗。清洗結(jié)束后干燥。之后將薄膜放入馬弗爐中升溫至500℃，保溫30 min，最后自然冷卻，即制備成TiO2/ZnO 復(fù)合薄膜。再將其浸泡于染料中，則可分別得到相應(yīng)的TiO2/ZnO 復(fù)合薄膜電極。

電池的組裝及光電性能測量

　　將上述所制備的電極作為電池的正電極(光陽極)分別與以鍍鉑電極為對電陰極用夾子固定，以含0.5 mol/L LiI 和0.05 mol/L LiI2 和0.5 mol/L的四叔丁基吡啶的乙腈(天津市大茂化學(xué)儀器供應(yīng)站)溶液作電解液，組裝成電池。然后連接好電路圖，用入射光強(qiáng)Pin 為100 mW/cm² 的氙燈作為太陽光模擬光源，用高靈敏度萬用表測量所制備電池的短路電流ISC 和開路電壓VOC。

表征與分析

　　用粉末X 射線衍射(powder X- ray diffraction,XRD , 島津，XRD- 6000) 來檢測二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu), 用UANTA 400/INCA/HKL 熱場發(fā)射掃描電鏡/X- 射線能譜聯(lián)用儀/ 電子背散射衍射系統(tǒng)來觀察TiO2 薄膜表面和橫斷面形貌。

結(jié)論

　　(1)通過對實(shí)驗(yàn)工藝和條件的控制制成了光電性能良好的呈銳鈦礦相的TiO2 薄膜，并采用一定比例的二氧化鈦粉末、粘接劑及溶劑經(jīng)研磨并配合水熱法采用涂敷法制成了底層致密外層多孔結(jié)構(gòu)的雙層薄膜，其與單一結(jié)構(gòu)的致密薄膜相比，能夠大大提高電池的短路電流，填充因子等性能參數(shù)，有助于提高電池的效率。

　　(2)通過將底層致密外層多孔的TiO2 雙層薄膜復(fù)合ZnO 半導(dǎo)體，使其比單一半導(dǎo)體具有更好的穩(wěn)定性和催化活性，提高了電極禁帶寬度及光電響應(yīng)，從而改進(jìn)了光陽極的光電性能，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時薄膜的厚度及浸漬時間對電池的性能也有很大的影響，經(jīng)試驗(yàn)測試對比，將膜厚為13 μm 的底層致密外層多孔TiO2薄膜在濃度8×10^{- 3} mol/L 的醋酸鋅浸漬80 min時，薄膜性能最優(yōu)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4.36%。