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(yáng)極制備成染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)對(duì)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(shí)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(guò)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(guò)優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，來(lái)降低由于薄膜表面過(guò)于致密或過(guò)于疏松而致使染料吸附量不足或與基體結(jié)合不牢固對(duì)電池的光電性能所造成的影響。并在此基礎(chǔ)上通過(guò)復(fù)合半導(dǎo)體ZnO 來(lái)改變TiO2 薄膜的能級(jí)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://www.13house.cn/)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(wú)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(shí)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(wú)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(shí)間分別為40 min、80 min、120 min、160 min，取出后用無(wú)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(cè)量

　　將上述所制備的電極作為電池的正電極(光陽(yáng)極)分別與以鍍鉑電極為對(duì)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(yáng)光模擬光源，用高靈敏度萬(wàn)用表測(cè)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(lái)檢測(cè)二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu), 用UANTA 400/INCA/HKL 熱場(chǎng)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(lái)觀察TiO2 薄膜表面和橫斷面形貌。

結(jié)論

　　(1)通過(guò)對(duì)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(guò)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(yáng)極的光電性能，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)薄膜的厚度及浸漬時(shí)間對(duì)電池的性能也有很大的影響，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試對(duì)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(shí)，薄膜性能最優(yōu)，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4.36%。