氮掺杂二氧化钛纳米棒阵列的制备和光电转化性能表征

摘要

以氨水为氮源,在掺杂氟的SnO2导电玻璃（SnO2：F,FTO）基底上通过水热法生长出氮掺杂单晶金红石相TiO2纳米棒阵列。XPS检测证明,底物中只有很少量的氮元素能进入到TiO2中,并以O—Ti—N形态存在。随着氮掺杂浓度的升高,TiO2纳米棒长度增加,（002）晶面相对于未掺杂TiO2生长迅速。样品的吸收光谱未发生明显变化,说明半导体的禁带宽度（或能隙大小）没有受到氮掺杂的影响。在光电转化中,体系在模拟太阳光辐射下的光电流响应和外量子效率都有大幅改善,最高值分别达到0.15mA/cm2和3.1%,均为空白TiO2的3.8倍。然而,氮浓度的继续增加会导致TiO2纳米棒团聚,促使光致电荷在传输过程中发生复合现象;过量的氨水还会与底物直接发生水解反应,不利于基底上纳米棒的生长。所以,适量浓度的氮掺杂TiO2纳米棒阵列是一种具有发展前景的太阳能电池材料。