利用TiO2纳米纤维优异的电学和形态学特性，结合生物钙掺杂，可以有效改善并稳定染料敏化太阳能电池（DSSCs）。采用经济高效的静电纺丝技术制备了原始和生物钙掺杂TiO2纳米纤维。生物相容性碳酸钙纳米颗粒（bio-Ca）是由虎斑乌贼骨合成的。此外，使用Pechini溶胶，通过简单的一步程序制备了高效的TiO2纳米纤维基DSSCs。这种方法在烧结时会产生高度多孔的致密TiO2膜，无需热压或粘合层步骤。研究结果表明，由生物钙掺杂TiO2纳米纤维制造的DSSCs显示出最高的Isc、Voc和η，对应值分别为2.19 mA、0.41 V和1.48%。这种优势可归因于生物钙掺杂TiO2纳米纤维具有更高的比表面积和相对较小的平均直径，前者有利于增强染料负载，后者可引导电子传输。此外，由于TiO2金红石-锐钛矿复合相的形成，Ca2+掺杂显著抑制了生物Ca掺杂TiO2纳米纤维的光催化活性。而且，用Ca2+取代Ti4+对TiO2的导带有着积极影响，并产生阻碍电荷复合的陷阱位点。研究结果还表明，基于生物钙掺杂TiO2纳米纤维的DSSC在两周后保持了约78.38%的初始效率，而由TiO2纳米纤维和TiO2纳米颗粒制造的DSSCs分别保持了63.71%和27.38%。其优异的稳定性可归因于纳米粒子向纳米纤维转化和生物钙掺杂的综合作用。
图1.生物钙掺杂二氧化钛纳米纤维的静电纺丝合成步骤
图2.（A）初纺TiO2纳米纤维、（B）煅烧TiO2纳米纤维、（C）初纺生物钙掺杂TiO2纳米纤维和（D）煅烧生物钙掺杂TiO2纳米纤维的扫描电子显微镜照片和直径直方图
图3.（A）煅烧生物钙掺杂TiO2纳米纤维中Ca、Ti和O元素的场发射扫描电子显微镜-能量色散X射线（EDX）分析和（B）EDX元素映射
图4.（A）生物Ca掺杂TiO2纳米纤维的N2吸附-解吸等温线，（B）市售P25 TiO2纳米颗粒、煅烧未掺杂和生物Ca掺杂TiO2纳米纤维的孔径分布曲线
图5.初纺复合材料、煅烧纳米纤维以及市售P25 TiO2纳米颗粒（作为参照）的傅里叶变换红外光谱
图6.（A）煅烧TiO2纳米纤维和（B）煅烧生物钙掺杂TiO2纳米纤维的X射线衍射图
图7.基于市售TiO2纳米颗粒、原始TiO2和生物钙掺杂TiO2纳米纤维制造的天然染料敏化太阳能电池的光电流-电压特性
图8.由市售TiO2纳米颗粒、未掺杂和生物钙掺杂TiO2纳米纤维制造的天然染料敏化太阳能电池的入射光子-电子转换效率光谱
图9.制备的染料敏化太阳能电池在AM 1.5G辐照下随时间变化的稳定性研究
