電紡絲制備TiO_2及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池（Dye Sensitized Solar Cell，簡稱DSC）制作工藝簡單、成本低廉且光電轉(zhuǎn)換效率較高，是一種很有前景的新型太陽能電池。使用一維納米材料取代傳統(tǒng)的TiO_2納米顆粒制備光陽極時，由于電子傳輸過程得到改善，可能會提高DSC的性能。電紡絲方法（Electrospinning）是一種便捷有效的制備一維納米纖維的方法，但是它在DSC中的應(yīng)用卻受到兩個問題的限制：與基板間的粘附性差和總表面積小。本論文的研究目標(biāo)在于解決這兩個問題，使電紡絲TiO_2納米纖維能夠很好的應(yīng)用于DSC中。 本論文分別使用P25和鈦酸四異丙酯等原料制備了TiO_2納米纖維，研究了溶液組成和電紡絲參數(shù)對產(chǎn)物形貌的影響。為了增大納米纖維的表面積，采取了在溶液中加入P25粉進(jìn)行電紡絲、使用P25粉溶液或鈦酸四異丙酯溶液對TiO_2納米纖維進(jìn)行后處理、使用平行金屬片或滾筒作為接收基板收集定向排列的納米纖維等一系列方法。其中，將燒結(jié)后的納米纖維浸入P25粉溶液中，可以使表面積得到較為明顯的增加。 將燒結(jié)后的電紡絲TiO_2納米纖維薄膜轉(zhuǎn)移至預(yù)涂一層TiO_2納米晶漿料的FTO玻璃基板上，膜厚為9.7μm時，得到了光電轉(zhuǎn)換效率為5.03%的DSC電池。將TiO_2納米纖維與水熱法制備的TiO_2納米晶漿料按一定的質(zhì)量比混合后制得納米棒/納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)的光陽極，膜厚約2μm時，DSC效率可達(dá)3.27%。根據(jù)EIS分析，納米纖維的加入使得電子在TiO_2光陽極薄膜中的傳輸電阻降低，從而有利于提高DSC的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 電紡絲 納米纖維 二氧化鈦
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-24
• 1.1 選題背景及意義8-10
• 1.2 染料敏化太陽能電池簡介10-17
• 1.2.1 DSC的結(jié)構(gòu)及工作原理10-11
• 1.2.2 DSC的各組成部分11-15
• 1.2.3 DSC的性能表征參數(shù)15-17
• 1.3 電紡絲法應(yīng)用于DSC的研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 電紡絲的組成裝備及工作原理17-18
• 1.3.2 電紡絲法制備DSC各組成部分的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.3 電紡絲法制備DSC用 TiO_2光陽極的研究進(jìn)展20-23
• 1.4 課題的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容23-24
• 第2章 電紡絲法制備 TiO_2納米纖維24-34
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備24-25
• 2.3 使用P25合成 TiO_2納米纖維25-30
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)流程25-26
• 2.3.2 P25粉含量對產(chǎn)物形貌的影響26-28
• 2.3.3 施加電壓對產(chǎn)物形貌的影響28-29
• 2.3.4 產(chǎn)物的晶相組成分析29-30
• 2.4 使用鈦酸四異丙酯合成TiO_2納米纖維30-33
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)流程30-31
• 2.4.2 電紡絲產(chǎn)物的SEM微觀形貌31-32
• 2.4.3 電紡絲產(chǎn)物的TG-DTA曲線和XRD圖譜32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 增大電紡絲TiO_2納米纖維表面積的研究34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備34-35
• 3.3 混紡 TiO_2納米纖維/納米顆粒復(fù)合材料35-38
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟35-36
• 3.3.2 P25 粉含量對產(chǎn)物形貌的影響36-37
• 3.3.3 TiO_2納米顆粒粒徑對產(chǎn)物形貌的影響37-38
• 3.4 電紡絲 TiO_2納米纖維的后處理38-41
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟38-39
• 3.4.2 使用 P25 粉溶液處理39-40
• 3.4.3 使用鈦酸四異丙酯溶液處理40-41
• 3.5 改進(jìn)接收基板收集定向排列的 TiO_2納米纖維41-46
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟41-42
• 3.5.2 使用平行金屬刃片作為接收基板42-44
• 3.5.3 使用輥筒作為接收基板44-46
• 3.6 其它實(shí)驗(yàn)方法46-49
• 3.6.1 水熱處理燒結(jié)后TiO_2納米纖維46-47
• 3.6.2 放電等離子體燒結(jié)電紡絲PVP/TiO_2納米纖維47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第4章 電紡絲TiO_2納米纖維在DSC中的應(yīng)用50-79
• 4.1 引言50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備50-51
• 4.3 DSC 的組裝及性能測試方法51-56
• 4.3.1 DSC的組裝51-53
• 4.3.2 DSC的I-V曲線測試53-54
• 4.3.3 DSC的EIS圖譜測試54-56
• 4.4 轉(zhuǎn)移電紡絲 TiO_2納米纖維應(yīng)用于DSC56-64
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟56-59
• 4.4.2 光陽極的微觀形貌59-60
• 4.4.3 DSC的性能表征60-64
• 4.5 TiO_2納米纖維和納米顆粒的混合涂層64-70
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)方法和步驟64-65
• 4.5.2 光陽極的微觀形貌65-66
• 4.5.3 DSC的性能表征66-70
• 4.6 BaTiO_3分解制備的銳鈦礦TiO_2在DSC中的應(yīng)用70-78
• 4.6.1 銳鈦礦TiO_2的制備70-72
• 4.6.2 產(chǎn)物的晶相組成和微觀形貌72-74
• 4.6.3 銳鈦礦 TiO_2作光陽極時制得 DSC 的性能表征74-78
• 4.7 本章小結(jié)78-79
• 第5章 結(jié)論79-81
• 參考文獻(xiàn)81-88
• 致謝88-89
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果89

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