石墨烯—氧化鎢復合薄膜

太陽能的光電轉換利用是解決目前較為普遍的能源匱乏及環(huán)境污染問題的一條重要途徑，因而研究和開發(fā)具有光電轉換能力的半導體材料是太陽能高效利用的關鍵。在眾多的半導體材料中，氧化鎢因性能穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點成為目前最具應用前景的光電轉換材料之一，但其光生電子-空穴易復合限制了器件的光電性能。

在導電玻璃基底上負載石墨烯—氧化鎢復合薄膜，并以該復合薄膜為底層制備兼具電子快速傳輸和長光程的雙層結構薄膜。從而利用石墨烯良好的電子傳輸性能對氧化鎢進行改性，有效地抑制光生電子-空穴復合,提高氧化鎢基材料的光電轉化性能。

首先采用水溶性高聚物作為橋聯(lián)劑，通過浸漬提拉法制備還原氧化石墨烯(RGO)—氧化鎢復合薄膜(G-WNC)。薄膜組成均勻，氧化鎢顆粒為20nm左右。對于厚度為3.5μm左右的薄膜，復合薄膜光電流為0.96mA/cm2(1.20V vs. Ag/AgCl)，是氧化鎢薄膜(WNC)的2.13倍。對含有不同濃度的氧化石墨烯(GO)的前驅體而言，薄膜光電流隨前驅體中GO濃度的變化而變化，當GO濃度為0.960mg/mL時光電流提升效果最明顯,其光電流為純氧化鎢薄膜的2.07倍。

其次，采用瞬態(tài)光電流法和強度調制光電流法研究了薄膜電極光電作用下界面上的電荷轉移過程和電荷的傳輸。研究發(fā)現(xiàn),復合RGO后，光生電子的傳輸速率獲得提高，減小了電子的傳輸時間，為氧化鎢薄膜的47.5%；同時電子的快速傳輸抑制了電子—空穴的復合，延長了電子—空穴對壽命。在上述研究基礎上，為進一步提高薄膜器件的光程和電子傳輸能力，采用浸漬提拉和水熱法制備雙層結構薄膜。底層氧化鎢復合RGO后，在電位為1.20V (vs.Ag/AgCl)時，雙層結構薄膜的光電流提升了53.8%；外加1.00V偏壓和355nm波長照射時，入射光子光電轉換效率(IPCE)從31.33%提升到39.52%。通過紫外—可見漫反射與IPCE聯(lián)合分析可知，RGO在復合物中的主要作用是抑制電子—空穴復合,促進電子傳輸。

最后，以雙層結構薄膜為光陽極，N719為染料組裝染料敏化太陽能電池,復合RGO后，電池效率為0.067%，相對純氧化鎢雙層結構薄膜提升了60%。