利用TiO2納米纖維優異的電學和形態學特性，結合生物鈣摻雜，可以有效改善并穩定染料敏化太陽能電池（DSSCs）。采用經濟高效的靜電紡絲技術制備了原始和生物鈣摻雜TiO2納米纖維。生物相容性碳酸鈣納米顆粒（bio-Ca）是由虎斑烏賊骨合成的。此外，使用Pechini溶膠，通過簡單的一步程序制備了高效的TiO2納米纖維基DSSCs。這種方法在燒結時會產生高度多孔的致密TiO2膜，無需熱壓或粘合層步驟。研究結果表明，由生物鈣摻雜TiO2納米纖維制造的DSSCs顯示出最高的Isc、Voc和η，對應值分別為2.19?mA、0.41?V和1.48%。這種優勢可歸因于生物鈣摻雜TiO2納米纖維具有更高的比表面積和相對較小的平均直徑，前者有利于增強染料負載，后者可引導電子傳輸。此外，由于TiO2金紅石-銳鈦礦復合相的形成，Ca2+摻雜顯著抑制了生物Ca摻雜TiO2納米纖維的光催化活性。而且，用Ca2+取代Ti4+對TiO2的導帶有著積極影響，并產生阻礙電荷復合的陷阱位點。研究結果還表明，基于生物鈣摻雜TiO2納米纖維的DSSC在兩周后保持了約78.38%的初始效率，而由TiO2納米纖維和TiO2納米顆粒制造的DSSCs分別保持了63.71%和27.38%。其優異的穩定性可歸因于納米粒子向納米纖維轉化和生物鈣摻雜的綜合作用。
圖1.生物鈣摻雜二氧化鈦納米纖維的靜電紡絲合成步驟
圖2.（A）初紡TiO2納米纖維、（B）煅燒TiO2納米纖維、（C）初紡生物鈣摻雜TiO2納米纖維和（D）煅燒生物鈣摻雜TiO2納米纖維的掃描電子顯微鏡照片和直徑直方圖
圖3.（A）煅燒生物鈣摻雜TiO2納米纖維中Ca、Ti和O元素的場發射掃描電子顯微鏡-能量色散X射線（EDX）分析和（B）EDX元素映射
圖4.（A）生物Ca摻雜TiO2納米纖維的N2吸附-解吸等溫線，（B）市售P25 TiO2納米顆粒、煅燒未摻雜和生物Ca摻雜TiO2納米纖維的孔徑分布曲線
圖5.初紡復合材料、煅燒納米纖維以及市售P25 TiO2納米顆粒（作為參照）的傅里葉變換紅外光譜
圖6.（A）煅燒TiO2納米纖維和（B）煅燒生物鈣摻雜TiO2納米纖維的X射線衍射圖
圖7.基于市售TiO2納米顆粒、原始TiO2和生物鈣摻雜TiO2納米纖維制造的天然染料敏化太陽能電池的光電流-電壓特性
圖8.由市售TiO2納米顆粒、未摻雜和生物鈣摻雜TiO2納米纖維制造的天然染料敏化太陽能電池的入射光子-電子轉換效率光譜
圖9.制備的染料敏化太陽能電池在AM 1.5G輻照下隨時間變化的穩定性研究
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