微纳NiO的制备及其在染料敏化太阳能电池和气体传感器方面的应用

【摘要】：氧化镍是一种良好的P型功能半导体材料，广泛应用于气体传感器、电池、磁性材料研究、高性能催化剂、陶瓷染料等领域。随着经济的发展和科技的进步，带来的环境污染问题日益严重，人们对有毒或低毒环境气体检测迫切关注，NiO因其具有对挥发性有机蒸汽选择性好、稳定性高的优点，在气体传感器方面引起人们的研究兴趣。此外，面对日益严重的能源问题，太阳能电池的研究和发展极其重要。与常规单晶硅等电池相比，染料敏化太阳能电池具有对环境友好、造价低廉、制备工艺简单、性能稳定等优点。 NiO制备方法简单、性能稳定，本文主要采用沉淀法、水热法和化学浴法制备氧化镍样品，探讨了不同沉淀剂、不同沉淀剂剂量、不同表面活性剂、不同镍源、不同溶剂对产物的影响。并用X射线衍射、扫描电子显微镜、热差重分析等表征手段对制得的材料进行表征和分析。选取化学浴法制备材料制作DSSC器件和气敏传感器件，测试其性能。本文讨论了DSSC器件制作方法、染料及测试条件对电池I-V特性的影响；以及制备气体传感器对乙醇、丙酮、二氧化氮气体的敏感特性、响应恢复特性及稳定性。 研究发现，采用刮涂法制备的DSSC器件随着刮制次数的不同，转换效率有所变化。1、随着刮制次数的增加，DSSC器件的转换效率提高，当刮制层数为5层时效率最高，为0.01446%。2、将刮制五层的DSSC器件分别浸渍于0.5mM C343、0.5mM N3、0.5mMZ907染料中24h，测试结果表明选用C343作为敏化剂时效果最好，短路电流为700A/cm2，转换效率可达0.0270%。3、电源延迟时间分别调成无延迟、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms和200ms，测试器件I-V特性。当无延迟时短路电流和开路电压都是最高的，明显高于有延迟条件。 选用化学浴制得中空鸟巢状氧化镍粉体制作传感器器件，分别测试乙醇、丙酮和二氧化氮气体。1、在乙醇浓度为200ppm条件下，最佳工作温度为250℃；在最佳工作温度条件下测试不同浓度下的灵敏度，随着乙醇浓度的增大，器件敏度有所增加，当乙醇浓度为2000ppm时只有2.62。2、在丙酮浓度为200ppm条件下，最佳工作温度为250-275℃左右；在最佳工作温度条件下测试不同浓度丙酮下的灵敏度，当丙酮浓度为2000ppm时灵敏度只有1.771，与浓度为100ppm时的灵敏度1.259相比变化不大，此器件对丙酮气体测试较不敏感。3、将制作的传感器件测试二氧化氮气体时，当NO2浓度为10ppm时最佳工作温度仅为25℃，大大降低了气体测试温度，减小了器件的功耗。 【关键词】：氧化镍 染料敏化太阳能电池 传感器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212;TM914.4;TQ138.13
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 氧化镍应用11-12
• 1.1.1 气敏材料11
• 1.1.2 电池电极11
• 1.1.3 陶瓷染料11-12
• 1.1.4 催化剂12
• 1.2 氧化镍制备12-13
• 1.2.1 沉淀法12
• 1.2.2 水热与溶剂热合成法12
• 1.2.3 微乳液法12-13
• 1.2.4 溶胶-凝胶法13
• 1.2.5 静电纺丝法13
• 1.2.6 微波与微波水热法13
• 1.3 研究背景13-17
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池13-17
• 1.3.2 气体传感器17
• 1.4 研究内容17-18
• 1.5 研究内容18-19
• 第二章 氧化镍粉体制备与表征19-31
• 2.1 水热法19-24
• 2.1.1 不同沉淀剂量19-20
• 2.1.2 不同表面活性剂20-22
• 2.1.3 改变前驱物22-24
• 2.2 溶剂热法24-27
• 2.2.1 不同前驱物24-25
• 2.2.2 不同溶剂25-27
• 2.3 化学浴法27-31
• 2.3.1 水做溶剂27-29
• 2.3.2 水和正丁醇做溶剂29-31
• 第三章 DSSC 器件制作及测试31-35
• 3.1 浆料配制31
• 3.1.1 实验药品31
• 3.1.2 实验流程31
• 3.2 不同厚度刮膜31-32
• 3.2.1 刮膜流程31
• 3.2.2 I-V 测试31-32
• 3.3 不同染料浸渍32-33
• 3.4 测试条件讨论33-35
• 第四章 传感器器件制作及测试35-42
• 4.1 气敏元件简介35
• 4.2 器件制作35
• 4.3 气敏测试35-42
• 4.3.1 测试乙醇气体35-38
• 4.3.2 测试丙酮气体38-40
• 4.3.3 测试二氧化氮气体40-42
• 第五章 结论42-43
• 参考文献43-47
• 作者简介及攻读硕士期间发表的学术论文47-48
• 致谢48

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