化學(xué)方法合成TiO_2納米結(jié)構(gòu)以及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：二氧化鈦（TiO2）作為一種優(yōu)良的光催化劑以及它在太陽能電池、電致變色器件中的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。TiO2分類為三種晶型：鈦銳礦，金紅石和板鈦礦。由于金紅石的高化學(xué)穩(wěn)定性，大的比表面積和低成本的優(yōu)點(diǎn)，它更適合作為太陽能電池器件的材料。制備二氧化鈦的方法有很多種，其中水熱法具有成本較低，工藝簡(jiǎn)單，制備的晶體結(jié)晶性好，無需后續(xù)處理等優(yōu)點(diǎn)，因此采用水熱法是一項(xiàng)很有應(yīng)用前景的方法。 本論文中采用了三氯化鈦?zhàn)鳛殁佋?，在低溫的條件下應(yīng)用水熱法化學(xué)合成了三維納米花結(jié)構(gòu)。影響TiO2納米結(jié)構(gòu)合成的性質(zhì)的因素有很多種，主要包括反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，溶液濃度等。而酸堿度對(duì)于形成TiO2納米結(jié)構(gòu)的影響還沒有人進(jìn)行研究。在溶液中涉及到HCl和尿素等試劑，改變它們的配比就可以控制溶液的酸堿度。由于在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中涉及到Ti3+的水解反應(yīng)，所以改變?nèi)芤旱乃釅A度會(huì)影響到反應(yīng)速率的快慢，影響膜厚。所以溶液的酸堿度會(huì)影響到TiO2納米結(jié)構(gòu)的表面形貌。在不同的酸堿度中TiO2的生長(zhǎng)情況也不相同。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和表征，可以得到一個(gè)最佳的酸堿度，即生長(zhǎng)環(huán)境，獲得了具有較好吸收的金紅石態(tài)的TiO2三維納米花結(jié)構(gòu)，粒徑為2μm。此外，還研究了前驅(qū)體溶液的攪拌時(shí)間以及前驅(qū)體溶液中添加劑的種類對(duì)于合成TiO2納米結(jié)構(gòu)的影響。通過對(duì)這三個(gè)影響合成TiO2納米結(jié)構(gòu)的因素進(jìn)行研究，可以更好的實(shí)現(xiàn)TiO2納米結(jié)構(gòu)的可控性生長(zhǎng)。 最后，把實(shí)驗(yàn)中制備的最優(yōu)化TiO2納米結(jié)構(gòu)通過絲網(wǎng)印刷的方法制備成光陽極，組裝成染料敏化太陽能電池。該電池的對(duì)比電池為同樣條件下商用的P25組裝成的染料敏化太陽能電池。把該電池的性能與商用的P25組裝成的染料敏化太陽能電池的性能進(jìn)行了光電測(cè)試對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示用化學(xué)方法合成的TiO2納米結(jié)構(gòu)在光電轉(zhuǎn)換效率上顯示出了更加優(yōu)良的性能。 【關(guān)鍵詞】：納米結(jié)構(gòu) 二氧化鈦 尿素 酸堿度 前驅(qū)體溶液 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O643.36;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-21
• 1.1 前言7-10
• 1.1.1 太陽能電池的發(fā)展9
• 1.1.2 太陽能電池的種類9-10
• 1.2 研究背景10-15
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的工作原理及特點(diǎn)10-15
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的研究進(jìn)展15
• 1.3 光陽極 TiO_2晶型分類及研究進(jìn)展15-19
• 1.3.1 TiO_2不同晶型分類15-17
• 1.3.2 不同制備方法下光陽極 TiO_2薄膜的研究進(jìn)展17-19
• 1.4 本論文的研究動(dòng)機(jī)及意義19-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原理及測(cè)試手段21-40
• 2.1 TiO_2納米結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理21-22
• 2.2 TiO_2三維分層納米花結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法合成22-23
• 2.2.1 試驗(yàn)原料及儀器22
• 2.2.2 化學(xué)合成制備 TiO_2納米結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.3 不同條件下制備 TiO_2納米結(jié)構(gòu)23
• 2.3 TiO_2納米結(jié)構(gòu)的凝膠溶膠處理及染料敏化太陽能的制備23-25
• 2.4 用于表征 TiO_2納米結(jié)構(gòu)及染料敏化太陽能電池的測(cè)試手段及基本原理的描述25-40
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡（SEM）26-28
• 2.4.2 紫外可見分光光度計(jì)（UV-vis）28-30
• 2.4.3 X 射線衍射（XRD）30-32
• 2.4.4 原子力顯微鏡（AFM）32-34
• 2.4.5 太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率（IPCE）34-36
• 2.4.6 光電流-光電阻（I-V）曲線36-40
• 第三章 不同條件下 TiO_2納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法合成的表面形貌、晶型及性質(zhì)分析40-53
• 3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)果與分析40-48
• 3.2 紫外可見吸收光譜（UV-vis）的比較和分析48-50
• 3.3 X 射線衍射（XRD）結(jié)果與分析50-51
• 3.4 原子力顯微鏡（AFM）的結(jié)果與分析51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第四章 化學(xué)方法合成的TiO_2納米結(jié)構(gòu)與P25制備的染料敏化太陽能電池性能的對(duì)比53-56
• 4.1 太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率（IPCE）結(jié)果與分析53-54
• 4.2 電流-電阻曲線（I-V）結(jié)果與分析54-56
• 第五章 結(jié)論與未來展望56-57
• 5.1 結(jié)論56
• 5.2 未來展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 發(fā)表論文和參加科研情況62-63
• 致謝63

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