斜角蒸鍍二氧化鈦薄膜及其改質(zhì)處理在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：本研究采用斜角度沉積法，使用電子束蒸鍍系統(tǒng)制備出了4μm厚的TiO_2多孔薄膜，制備出的薄膜為螺旋的柱狀晶結(jié)構(gòu)，其比表面積很大，可吸附較多的染料，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)3.34%～3.38%?？紤]到制備的柱狀晶間隙還很大，平均約0.5μm，所以本實(shí)驗(yàn)又采用三種方法對(duì)其進(jìn)行改質(zhì)處理，分別為浸泡法(Dipcoating)，旋轉(zhuǎn)涂布法(Spin coating)和電泳法(Electrophoresis)，以進(jìn)一步提高薄膜的比表面積，增加染料的吸附量，從而達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)換效率的目的。 研究中采用X射線衍射儀分析薄膜的結(jié)構(gòu)；掃描電鏡觀察薄膜表面形貌；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量薄膜脫附染料量的多寡；模擬太陽(yáng)光系統(tǒng)為光源進(jìn)行染料敏化太陽(yáng)電池（DSSC）的I-V曲線及其光電轉(zhuǎn)換效率的測(cè)量。 研究結(jié)果顯示，由于螺旋柱狀晶結(jié)構(gòu)的TiO_2薄膜具有較大的比表面積，在較低的溫度（350oC）下退火，就形成了結(jié)晶度很高的純銳鈦礦相，還能吸附較多的染料，其一維柱狀結(jié)構(gòu)有利于電子的傳導(dǎo)，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)3.34%～3.38%。經(jīng)過(guò)浸泡法處理的薄膜，其粗糙度增大，吸附染料量明顯增多，效率提高了9%～12%；用旋轉(zhuǎn)涂布法處理的薄膜，由于TiO_2納米顆粒（約10nm）尺寸很小，被旋進(jìn)柱狀晶間隙后，沒(méi)有影響薄膜的結(jié)晶度，通過(guò)掃描電鏡未看出改質(zhì)前后形貌上的明顯變化，但其吸附的染料量明顯增加，推測(cè)是TiO_2納米顆粒在退火的時(shí)候和柱狀晶一起結(jié)晶，吸附于柱狀晶的表面，增加了薄膜的比表面積，用旋涂法改質(zhì)的薄膜其光電轉(zhuǎn)換效率提高了15%；電泳法處理的薄膜，當(dāng)電泳時(shí)間為5分鐘，15分鐘和25分鐘時(shí)，電泳進(jìn)去的TiO_2量不太多，觀察處理后的薄膜形貌和旋轉(zhuǎn)涂布法相近，光電轉(zhuǎn)換效率分別提高了7.8%，11%和9.3%。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，可明顯觀察到電泳進(jìn)入間隙的TiO_2顆粒，但薄膜的結(jié)晶度明顯下降，使其效率不但沒(méi)提高反而下降了。據(jù)分析，在不影響薄膜結(jié)晶度的情況下，通過(guò)改質(zhì)處理，若能進(jìn)一步提高薄膜的比表面積，增加染料的吸附量，才會(huì)使光電轉(zhuǎn)換效率有所提高。 【關(guān)鍵詞】：斜角度沉積 TiO_2薄膜 浸泡改質(zhì) 旋轉(zhuǎn)涂布 電泳法
【學(xué)位授予單位】：煙臺(tái)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-11
• 1.1 前言9-10
• 1.2 研究動(dòng)機(jī)10-11
• 2 理論基礎(chǔ)11-21
• 2.1 太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介11-12
• 2.2 二氧化鈦12-13
• 2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池 (Dye sensitized solar cell)13-17
• 2.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)13-14
• 2.3.2 染料敏化太陽(yáng)電池的工作原理14-16
• 2.3.3 太陽(yáng)能電池元件性能評(píng)估16-17
• 2.4 蒸鍍與斜角度沉積法簡(jiǎn)介17-19
• 2.4.1 蒸鍍?cè)?/span>17
• 2.4.2 電子束蒸鍍17-18
• 2.4.3 斜角度沉積法（glancing-angle deposition）18-19
• 2.5 電泳法簡(jiǎn)介19-21
• 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容21-34
• 3.1 實(shí)驗(yàn)規(guī)劃21
• 3.2 蒸鍍實(shí)驗(yàn)21-29
• 3.2.1 蒸鍍系統(tǒng)介紹21-22
• 3.2.2 材料準(zhǔn)備22-24
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)制程24-29
• 3.3 改質(zhì)處理29-31
• 3.3.1 浸泡改質(zhì)29-30
• 3.3.1.1 TiCl_3浸泡改質(zhì)29
• 3.3.1.2 異丙醇鈦（ITTP）浸泡改質(zhì)29-30
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)涂布（spin coating）改質(zhì)30
• 3.3.3 電泳法（electrophoresis）改質(zhì)30-31
• 3.4 分析方法31-34
• 3.4.1 X 光衍射儀（X-ray diffraction meter）31-32
• 3.4.2 掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy）32
• 3.4.3 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-Visible Spectrometer)32
• 3.4.4 電流電壓曲線特性 (I-V measurement)32-34
• 4 結(jié)果與討論34-52
• 4.1 未經(jīng)改質(zhì)處理的 TiO_2薄膜34-37
• 4.2 浸泡改質(zhì)的影響37-44
• 4.2.1 TiCl_3浸泡改質(zhì)的影響37-40
• 4.2.2 異丙醇鈦（ITTP）浸泡改質(zhì)的影響40-44
• 4.3 旋轉(zhuǎn)涂布改質(zhì)的影響44-47
• 4.4 電泳法改質(zhì)的影響47-51
• 4.5 綜合討論51-52
• 5 結(jié)論52-54
• 5.1 結(jié)論52
• 5.2 建議未來(lái)工作52-54
• 參考文獻(xiàn)54-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄62-63
• 致謝63-64

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