二氧化钛纳晶制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】： 本论文研究了不同形貌TiO2纳米晶体(纳晶颗粒、聚集球、纳米棒)的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用。其主要内容及成果如下： 1)以钛酸四丁酯为前驱体,采用溶胶凝胶和水热法相结合的方法制备出TiO2纳晶颗粒和TiO2聚集球,并对其形貌、晶型等其它性质进行了分析。TiO2纳晶颗粒的尺寸大约为20-30 nm；TiO2聚集球直径可达2μm；两者均为纯锐钛矿型。对这两种不同膜电极的光散射性能、电子传输性能和光电性能进行了表征。TiO2聚集球膜的散射性比TiO2纳晶小颗粒膜强,这是由聚集球的大尺寸所致。TiO2聚集球膜电极的电子传输速率稍优于纳晶小颗粒膜电极。TiO2颗粒组成电极的电池光电转换效率达到7.26%,聚集球组成电极的电池表现出高的填充因子,光电转换效率达到7.88%。 2)引入四甲基氢氧化铵为添加剂,用同样的方法在偏碱性环境中制备了锐钛矿型TiO2纳米棒。TiO2纳米棒尺寸可控,直径范围在50-150nm左右,长度范围在150-1000 nm左右,为纯的锐钛矿型单晶材料。TMAH对TiO2纳米棒的形成具有结构导向作用,是纳米棒形成的必要条件；其次,钛盐的水-醇解过程对TiO2的形貌有重要影响。所制备的TiO2纳米棒具有优良的光散射性能和电子传输性能,且这些性能与其尺寸大小直接相关,棒长越长,这些性能越强。 3)将TiO2纳米棒作为光散射中心,设计了纯颗粒底层+纳米棒反射层的双层膜结构。这种结构能够综合小颗粒和纳米棒的优势,最终得到了9.23%的光电转换效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2电极 TiO_2纳米棒 四甲基氢氧化铵 光散射
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 前言13
• 1.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)的研究现状13-14
• 1.3 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理14-16
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构14-16
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理16
• 1.4 染料敏化太阳能电池的光电性能评价16-18
• 1.5 TiO_2光阳极对DSSC光电性能的影响18-19
• 1.6 光散射效应在DSSC中的应用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纳米棒的研究现状21-22
• 1.8 本课题的设想22-23
• 1.9 主要研究内容和研究方案23-24
• 第二章 TiO_2纳晶颗粒的制备及其组装电池的光电性能24-35
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验材料与实验仪器24-25
• 2.2.2 TiO_2纳晶颗粒胶体的制备25
• 2.2.3 染料敏化TiO_2纳晶薄膜电极的制备25-26
• 2.2.4 染料敏化电池的组装26
• 2.3 表征与性能测试26-28
• 2.4 结果与讨论28-34
• 2.4.1 TiO_2颗粒组成纳晶薄膜的扫描电镜图28-29
• 2.4.2 TiO_2纳晶的XRD分析29-30
• 2.4.3 TiO_2薄膜电极的光散射性能分析30
• 2.4.4 TiO_2薄膜电极的IMPS分析30-31
• 2.4.5 TiO_2颗粒组成薄膜电极的光电性能分析31-33
• 2.4.6 TiO_2聚集球组成薄膜电极的光电性能分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 不同尺寸TiO_2纳米棒的制备及其组装电池的光电性能35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 实验材料与实验仪器35
• 3.3 实验部分35-36
• 3.4 表征与测量36-37
• 3.5 结果与讨论37-48
• 3.5.1 TiO_2纳米棒的制备37-42
• 3.5.2 TiO_2纳米棒的结晶表征42-44
• 3.5.3 TiO_2纳米棒的光散射性能44-45
• 3.5.4 TiO_2纳米棒的强度调制光电流谱(IMPS)分析45-46
• 3.5.5 不同尺寸纳米棒的光电性能46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 基于TiO_2纳米棒为反射中心的DSSC的性能研究49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 实验与结果49-56
• 4.2.1 双层膜的构筑49-54
• 4.2.2 混合膜的构筑54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-62
• 研究成果及发表的学术论文62-63
• 作者简介63-64
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书64-65

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