聚合物調(diào)控的半導(dǎo)體介孔材料—介孔TiO_2的制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：半導(dǎo)體介孔材料是近年來新興起的一個(gè)研究熱點(diǎn)。介孔TiO2作為一種典型的非硅基半導(dǎo)體介孔材料,由于具有較高的比表面積、有序的孔道結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的電學(xué)性能,可以有效地增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換效率。特別地,介孔TiO2作為染料敏化太陽能電池光陽極的重要組成部分,其晶型、形貌、尺寸等因素都對(duì)光電轉(zhuǎn)化效率有著重要的影響。 本論文在環(huán)境友好型實(shí)驗(yàn)條件下,以兩種聚合物為模板劑制備了介孔TiO2材料,分別利用紅外(FT-IR)光譜、X射線衍射(XRD)、比表面積與孔徑分析、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)以及透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)制備的介孔TiO2的相結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑和形貌進(jìn)行了表征,并對(duì)其尺寸可控因素和在染料敏化電池能電池中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索,其主要內(nèi)容如下： 以三嵌段共聚物聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯(E020PO70EO20,P123)為模板劑,鈦酸正四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體,采用水熱法制備了雙峰納晶介孔TiO2,探討了P123用量對(duì)納晶TiO2微結(jié)構(gòu)的影響。以雙峰納晶介孔TiO2作為染料敏化太陽能電池的光陽極材料組裝的太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)5.18%,與相同條件下以P25作光陽極材料組裝的電池效率(4.02%)相比提高了28.85%,初步顯示了雙峰納晶介孔TiO2在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。 采用水熱法以鈦酸正丁酯為鈦源制備了銳鈦礦相晶型的介孔TiO2(H-TiO2),然后以制得的納晶TiO2粉末直接和海藻酸鈉(SA)水溶膠雜化合成了比表面積達(dá)100.06m2/g,具有棒狀結(jié)構(gòu)的銳鈦礦/板鈦礦混合晶型介孔TiO2,通過不同H-TiO2和SA的用量百分比考察了對(duì)其微結(jié)構(gòu)的影響,確定了其最佳配比為H-TiO2/SA=50/50。初步研究了所制備的混合晶型介孔TiO2在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用,由其組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率僅有0.11%,比相同條件下由P25組裝的電池的光電轉(zhuǎn)換效率小很多。相信進(jìn)一步調(diào)控納晶介孔TiO2的合成條件,由其組裝的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率將有望進(jìn)一步提高。然而,這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也為棒狀結(jié)構(gòu)介孔TiO2的合成提供了新的視野。 【關(guān)鍵詞】：介孔TiO_2 水熱法 雙峰 棒狀結(jié)構(gòu) 海藻酸鈉 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ134.11;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-24
• 1.1 前言9
• 1.2 介孔TiO_2的形成機(jī)理9-11
• 1.2.1 液晶模板機(jī)理10
• 1.2.2 協(xié)同作用機(jī)理10-11
• 1.3 介孔TiO_2的合成方法11-14
• 1.3.1 模板劑的分類11-13
• 1.3.2 模板劑的脫除方法13-14
• 1.4 介孔TiO_2的表征14-16
• 1.5 介孔TiO_2的應(yīng)用16-17
• 1.5.1 介孔TiO_2在光催化材料領(lǐng)域的應(yīng)用16-17
• 1.5.2 介孔TiO_2在太陽能電池中的的應(yīng)用17
• 1.6 染料敏化太陽能電池概述17-18
• 1.7 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)與工作原理18-21
• 1.8 染料敏化太陽能電池的研究進(jìn)展21-23
• 1.8.1 染料敏化太陽電池光陽極21-22
• 1.8.2 染料敏化劑22
• 1.8.3 電解質(zhì)22
• 1.8.4 對(duì)電極22-23
• 1.9 本論文的研究內(nèi)容和意義23-24
• 第二章 雙峰納晶介孔TiO_2的制備及在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用24-35
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器25-26
• 2.2.3 雙峰納晶介孔TiO_2的制備26
• 2.2.4 染料敏化薄膜電極制備26-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)表征27-29
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)分析測試27-28
• 2.3.2 N_2吸附-脫附曲線、比表面及孔徑分布分析28
• 2.3.3 掃描電鏡(SEM)28
• 2.3.4 透射電鏡(TEM)28
• 2.3.5 光電轉(zhuǎn)換效率測量28-29
• 2.4 結(jié)果與討論29-33
• 2.4.1 X射線衍射分析29-30
• 2.4.2 比表面積和孔徑分布30-32
• 2.4.3 SEM和TEM分析32
• 2.4.4 染料敏化太陽電池性能分析32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 銳鈦礦/板鈦礦混合晶型的棒狀結(jié)構(gòu)介孔TiO_2的制備35-46
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-38
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑36-37
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器37
• 3.2.3 納晶介孔TiO_2的制備37-38
• 3.2.4 染料敏化薄膜電極制備38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)表征38-39
• 3.3.1 紅外光譜(FT-IR)38-39
• 3.3.2 X射線衍射(XRD)分析測試39
• 3.3.3 N_2吸附-脫附曲線、比表面及孔徑分布分析39
• 3.3.4 掃描電鏡(SEM)39
• 3.3.5 透射電鏡(TEM)39
• 3.3.6 光電轉(zhuǎn)換效率測量39
• 3.4 結(jié)果與討論39-45
• 3.4.1 紅外光譜(FT-IR)分析39-40
• 3.4.2 比表面積和孔徑分布40-41
• 3.4.3 X射線衍射分析41-43
• 3.4.5 SEM和TEM分析43-44
• 3.4.6 染料敏化太陽電池性能分析44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第四章 結(jié)論46-47
• 參考文獻(xiàn)47-53
• 致謝53-54
• 附錄 攻讀碩士期間已發(fā)表文章和會(huì)議論文54

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