二氧化鈦納晶制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】： 本論文研究了不同形貌TiO2納米晶體(納晶顆粒、聚集球、納米棒)的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。其主要內(nèi)容及成果如下： 1)以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體,采用溶膠凝膠和水熱法相結(jié)合的方法制備出TiO2納晶顆粒和TiO2聚集球,并對其形貌、晶型等其它性質(zhì)進(jìn)行了分析。TiO2納晶顆粒的尺寸大約為20-30 nm；TiO2聚集球直徑可達(dá)2μm；兩者均為純銳鈦礦型。對這兩種不同膜電極的光散射性能、電子傳輸性能和光電性能進(jìn)行了表征。TiO2聚集球膜的散射性比TiO2納晶小顆粒膜強(qiáng),這是由聚集球的大尺寸所致。TiO2聚集球膜電極的電子傳輸速率稍優(yōu)于納晶小顆粒膜電極。TiO2顆粒組成電極的電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.26%,聚集球組成電極的電池表現(xiàn)出高的填充因子,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.88%。 2)引入四甲基氫氧化銨為添加劑,用同樣的方法在偏堿性環(huán)境中制備了銳鈦礦型TiO2納米棒。TiO2納米棒尺寸可控,直徑范圍在50-150nm左右,長度范圍在150-1000 nm左右,為純的銳鈦礦型單晶材料。TMAH對TiO2納米棒的形成具有結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用,是納米棒形成的必要條件；其次,鈦鹽的水-醇解過程對TiO2的形貌有重要影響。所制備的TiO2納米棒具有優(yōu)良的光散射性能和電子傳輸性能,且這些性能與其尺寸大小直接相關(guān),棒長越長,這些性能越強(qiáng)。 3)將TiO2納米棒作為光散射中心,設(shè)計(jì)了純顆粒底層+納米棒反射層的雙層膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠綜合小顆粒和納米棒的優(yōu)勢,最終得到了9.23%的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 TiO_2電極 TiO_2納米棒 四甲基氫氧化銨 光散射
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 前言13
• 1.2 染料敏化太陽能電池(DSSC)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理14-16
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池的工作原理16
• 1.4 染料敏化太陽能電池的光電性能評價(jià)16-18
• 1.5 TiO_2光陽極對DSSC光電性能的影響18-19
• 1.6 光散射效應(yīng)在DSSC中的應(yīng)用19-21
• 1.6.1 提高光吸收效率的方法19-20
• 1.6.2 TiO_2薄膜的光散射性能20-21
• 1.7 TiO_2納米棒的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.8 本課題的設(shè)想22-23
• 1.9 主要研究內(nèi)容和研究方案23-24
• 第二章 TiO_2納晶顆粒的制備及其組裝電池的光電性能24-35
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器24-25
• 2.2.2 TiO_2納晶顆粒膠體的制備25
• 2.2.3 染料敏化TiO_2納晶薄膜電極的制備25-26
• 2.2.4 染料敏化電池的組裝26
• 2.3 表征與性能測試26-28
• 2.4 結(jié)果與討論28-34
• 2.4.1 TiO_2顆粒組成納晶薄膜的掃描電鏡圖28-29
• 2.4.2 TiO_2納晶的XRD分析29-30
• 2.4.3 TiO_2薄膜電極的光散射性能分析30
• 2.4.4 TiO_2薄膜電極的IMPS分析30-31
• 2.4.5 TiO_2顆粒組成薄膜電極的光電性能分析31-33
• 2.4.6 TiO_2聚集球組成薄膜電極的光電性能分析33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 不同尺寸TiO_2納米棒的制備及其組裝電池的光電性能35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分35-36
• 3.4 表征與測量36-37
• 3.5 結(jié)果與討論37-48
• 3.5.1 TiO_2納米棒的制備37-42
• 3.5.2 TiO_2納米棒的結(jié)晶表征42-44
• 3.5.3 TiO_2納米棒的光散射性能44-45
• 3.5.4 TiO_2納米棒的強(qiáng)度調(diào)制光電流譜(IMPS)分析45-46
• 3.5.5 不同尺寸納米棒的光電性能46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第四章 基于TiO_2納米棒為反射中心的DSSC的性能研究49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果49-56
• 4.2.1 雙層膜的構(gòu)筑49-54
• 4.2.2 混合膜的構(gòu)筑54-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 致謝61-62
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-63
• 作者簡介63-64
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書64-65

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