TiO_2-ZnO复合型染料敏化太阳能薄膜电池的研究

【摘要】：当前能源危机已成社会发展的瓶颈,开发新能源迫在眉睫。因此太阳能电池成为研发的焦点,染料敏化太阳能电池因具有制作工艺简单、稳定性、寿命长、价格低廉等优点,成为了近年来的研究热门。本文采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了用于染料敏化太阳能薄膜电池的TiO_2-ZnO复合薄膜,并对其进行了TG-DTA、XRD、SEM、TEM、紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱分析。 以钛酸四丁酯、二水醋酸锌为前躯体,制备了不同Ti/Zn摩尔比例的TiO_2-ZnO复合溶胶,对其进行了TG-DTA、XRD测试,对其复合方式进行了研究。研究结果表明Ti/Zn(摩尔比)=3：1混合溶胶在550℃热处理后可生成锐钛矿及偏钛酸锌晶型,结晶度较高,分别为94.8%、94.9%,晶粒尺寸分别为23.771nm和32.649nm,由于体系中Zn2+与C16H36O4Ti具备分子水平的接触,故相组成中必定会有Ti-Zn固溶体生成,研究表明Ti/Zn (摩尔比)=3：1较佳。 采用旋涂镀膜法,以载玻片为基体,制备了TiO_2-ZnO复合薄膜,研究了薄膜热处理方式、每层溶胶使用量、溶胶粘度、镀膜层数、载玻片处理情况、镀膜方法对薄膜性能的影响。采用SEM及紫外-可见光吸收光谱研究了膜样品结构,结果表明,采用分步热处理方式(即镀1层膜,热处理1次,依次循环的热处理方法)、热处理温度为550℃,基体选择未腐蚀透明载玻片、溶胶粘度控制在2.5mPa·s左右、每层溶胶使用量采用30滴／层、镀膜层数为3层的工艺条件下可得到透明、完整的复合薄膜。若采用一次热处理方式(即镀多层膜后,再进行热处理的方法),膜会出现开裂、脱落缺陷。混合溶胶制得的薄膜厚度约为1.0μm,表面球状颗粒粒径约为0.1μm,在波长为300nm处具备3.9的最高吸光度。分层溶胶制得的薄膜厚度约为0.7μm,表面因四脚形态的T-ZnO晶体垂直纸面方向生长出现大面积三维网状结构,网络宽度为0.1μm,因TiO_2颗粒与ZnO颗粒相互间的耦合作用,在320nm～500nm波段范围内出现新的类似吸收边的凸起,且具备0.25～3.2的最高吸光度。为增加薄膜厚度,本研究采用5%HF对载玻片的轻微腐蚀再镀膜,实验发现,此法对膜厚影响甚微且会降低载玻片的透明度。 制备了Zn-La共掺TiO_2溶胶、Al-Li共掺ZnO溶胶及将二者复合制备了掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜,研究了掺杂对薄膜显微结构及紫外-可见光吸收光谱的影响机理。研究结果表明,掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜完整、透明,表明少量离子掺杂不会改变薄膜外观,但在一定程度上可提高样品的吸光度。其中离子掺杂浓度分别为Zn(0.6)-La(0.4),Al(1.0)-Li(2.0)的混合溶胶样品薄膜表面颗粒分布稀疏,颗粒粒径约为0.1μm,薄膜厚约为0.8～1.0μm,在波长为290nm处具有最高吸光度,约为4.1,离子掺杂使样品吸收阈值降至336.38nm,禁带宽度升至3.68eV,利于光电子与空穴的分离。溶胶分层镀膜样品中,离子掺杂浓度为Zn(0.2)-La(0.4)、Al(1.0)-Li(2.0)的样品表面分布着由四脚形态T-ZnO沿垂直纸面方向生长形成的大面积三维网络结构,网络宽度约为0.3μm,网络间有片状连接,还有类似多孔的结构,这是由于La3+的掺杂造成了TiO_2基体层晶格膨胀变形导致,薄膜厚度约为0.8～1.0μm,在波长为300nm处具有最高吸光度,约为3.9,离子掺杂使样品的吸收阕值降至355.47nm,禁带宽度升至3.49eV,对光电子和空穴的分离有利,且样品中ZnO颗粒与TiO_2颗粒之间的耦合作用使样品在320nm处出现新的吸收边。 【关键词】：TiO_2-ZnO复合薄膜 太阳能薄膜电极 溶胶-凝胶法 TiO_2溶胶 ZnO溶胶 离子掺杂 制备工艺 相组成 微观结构
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-20
• 1.2.1 敏化染料太阳能薄膜电池研究进展11-20
• 1.3 实验仪器及化学试剂20-21
• 1.4 本研究的主要内容21-22
• 第2章 TiO_2-ZnO复合溶胶的研究22-30
• 2.1 TiO_2-ZnO复合溶胶的制备实验22-24
• 2.1.1 样品组成设计22-23
• 2.1.2 TiO_2-ZnO复合溶胶的制备工艺23-24
• 2.2 结果分析与讨论24-28
• 2.2.1 差热-热重分析(TG-DTA分析)24-25
• 2.2.2 相组成分析25-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 TiO_2-ZnO复合薄膜的制备与结构研究30-74
• 3.1 实验31-35
• 3.1.1 样品组成设计31
• 3.1.2 样品制备31-33
• 3.1.3 TiO_2-ZnO复合薄膜的热处理33-35
• 3.2 结果分析与讨论35-72
• 3.2.1 TiO_2-ZnO复合薄膜制备结果分析35-71
• 3.2.2 TiO_2-ZnO复合薄膜紫外-可见光光谱分析71-72
• 3.3 本章小结72-74
• 第4章 掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜的研究74-100
• 4.1 掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜的研究74-77
• 4.1.1 掺杂型TiO_2-ZnO复合溶胶的制备74-76
• 4.1.2 掺杂型TiO_2-ZnO复合溶胶的制备76-77
• 4.2 掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜的制备77-79
• 4.2.1 掺杂型TiO_2-ZnO复合溶胶的涂覆77-79
• 4.2.2 掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜的热处理79
• 4.3 结果分析与讨论79-98
• 4.3.1 掺杂型TiO_2粉末样品及ZnO粉末样品测试结果分析79-90
• 4.3.2 离子掺杂型TiO_2-ZnO复合薄膜结果分析与讨论90-98
• 4.4 本章小结98-100
• 第5章 本文结论与展望100-105
• 5.1 全文结论100-102
• 5.2 本文创新点102
• 5.3 下一步工作建议102-105
• 参考文献105-104
• 致谢104-112
• 攻读硕士期间发表论文及参与的科研项目112

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

溶胶-凝胶提拉法制备ZnO薄膜及其性能研究    宋永梁,季振国,王泉香,向因,叶志镇

敏化TiO_2纳米晶多孔膜电极的制备与表征    林志东,刘黎明,郭云,熊玉卿,达道安

ZnO薄膜的最新研究进展    吕建国,叶志镇

四脚状氧化锌晶须及应用    田雅娟,陈尔凡,程远杰,周本廉

低压MOCVD生长ZnO单晶薄膜的制备与性质    叶建东,顾书林,朱顺明,胡立群,陈童,秦峰,张荣,施毅,沈波,江若琏,郑有炓

染料敏化太阳能电池中的纳米TiO_2多孔膜研究进展    刘春平,秦艳涛,吴敏,王育乔,孙岳明

掺镧对玻璃表面TiO_2薄膜光催化性能的影响    王承遇,钟萍,姜妍彦,谷秀梅,张国武

二氧化钛柱撑膨润土对染料甲基橙的吸附行为    任广军;宋恩军;张春丽;王昕;

氧化锌—二氧化钛纳米复合体系的制备、表征及性能    崔永锋

四脚状氧化锌晶须—特性、应用和制备    游贤贵,黄学超

四脚状氧化锌晶须增强MC尼龙复合材料的研究    田雅娟,于洋,陈尔凡,傅海军,叶青

合成温度和原料粒度对钛酸铝性能的影响    郭玉香,曲殿利,张芸,葛诗文

澄清剂对消除玻璃液气泡的机理研究    杜燕军,路有昌

制备纳米发光氧化锌的新方法    王瑞华,李怀祥,张华,赵婧

氧化锌材料的研究与进展    杨丽萍;刘锋; 韩焕鹏;

烧结温度对高韧性Al_2O_3陶瓷断裂韧性的影响    刘彤,刘文珽

碳纤维水泥石电阻测试方法研究    韩宝国,关新春,欧进萍

自洁净玻璃研制中若干问题的探讨    王承遇,潘玉昆,汤华娟,陶瑛

尾矿微晶玻璃制备新工艺研究    匡敬忠,邱廷省,张格

纳米二氧化钛光催化性能的研究进展及应用前景    薛寒松;李华基;陈永盛;

浸渍法在玻璃单层上选择沉积TiO_2薄膜    胡耀波;张维;王敬丰;潘复生;张丁非;刘天模;

自组装单层上选择沉积TiO_2薄膜的表征    胡耀波;张维;王敬丰;潘复生;张丁非;彭建;

粉煤灰对混凝土热膨胀系数的影响    高桂波;钱春香;朱晨峰;王辉;丁士卫;

KOH对离子交换硼硅酸盐玻璃性能的影响    石丽芬;汤李缨;程金树;

氧化锌晶须(ZnOw)水泥基复合材料微波吸收特性研究    康青;李旭;

近零膨胀ZrO_2-ZrW_2O_8复合材料的制备和表征    张志萍;刘红飞;程晓农;

高熔点Ag基金属材料的制备    李凤华;王珏;陈姗姗;霍自美;樊占国;

快速热退火前后ZnO及ZnO/Al薄膜性质的研究    王海燕;段启亮;陈泳生;靳瑞敏;杨仕娥;卢景霄;

纳米复合低熔点玻璃绝缘体系的性能研究    胡坤;杨晔;李勇;郑康;方前锋;崔平;

真空中绝缘子沿面预闪络和闪络现象的研究    丁立健

电流变液微波穿透可调控行为特征    范吉军

高性能压电变压器用多元系陶瓷的制备和性能研究    侯育冬

铅系弛豫铁电陶瓷的制备和介电性能的研究    崔斌

La_2NiO_4系类钙钛矿薄膜的溶胶-凝胶法制备及氧敏特性的研究    李晓雷

金刚石磨料表面镀钛层的制备、结构、性能及应用    王艳辉

废水光催化处理特性及高效光催化反应器研究    薛向东

电气石的表面吸附与电极反应研究    汤云晖

电气石自极化及应用基础研究    冀志江

聚硅氧烷先驱体转化制备陶瓷基复合材料研究    马青松

稀土—非金属元素共掺杂TiO_2纳米光催化剂的制备及其光催化性能的研究    肖东昌

增强型抗静电PA11/T-ZnOw复合材料的研究    马雅琳

硫酸钙晶须的制备与表征矾浆除铁制备高纯硫酸铝等产品    李胜利

太阳能电池吸收层和窗口层材料的制备研究    郑春蕊

ZnO花束状晶须及纳米棒的制备与形貌控制    刘长友

微波加热合成ZnO晶须的研究    王智东

Ti镀层对金刚石力学性能的影响    王焕新

电流变颗粒相介电性能测试方法与微型高压电源制作    杨俊刚

稀土掺杂对二氧化钛和钛酸钡电流变行为的影响    尹剑波

残余应力对压电薄膜材料性能的影响    杨芝茵

直流磁控溅射ZnO薄膜的结构和室温PL谱    叶志镇,陈汉鸿,刘榕,张昊翔,赵炳辉

雾化热解法制备ZnO薄膜及其光电性能    杨成兴,季振国,刘坤,樊瑞新,叶志镇

射频磁控溅射ZnO薄膜的光致发光    王卿璞,张德恒,薛忠营

纳米TiO_2薄膜的制备方法对NPC太阳电池性能的影响    罗欣莲,万发荣,龙毅,周海鹰,叶亚平

多孔TiO_2薄膜的表面微结构对甲基橙光催化脱色的影响    余家国,赵修建

ZnO和TiO_2粒子的光催化活性及其失活与再生    井立强,徐自力,孙晓君,尚静,蔡伟民,杜尧国,傅宏刚

低温苯甲醇醇解法制备高活性锐钛矿型纳米晶TIO_2光催化剂    朱建;杨俊;陈麟;曹勇;戴维林;范康年;

镧系离子掺杂TiO_2的制备及其对咪唑降解反应的光催化活性    陈恩伟;银董红;宋慧娟;龚黎明;喻宁亚;

二氧化钛的尺寸与光催化活性的关系    孙奉玉,吴鸣,李文钊,李新勇,顾婉贞,王复东

染料敏化太阳能电池中的光电极制备技术    唐笑;钱觉时;黄佳木;

染料敏化纳米晶TiO_2多孔膜电极的制备及其性能研究    刘春平

染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究    姜奇伟

染料敏化太阳能电池中聚合物凝胶电解质及TiO_2有序膜的研究    杨宏训

掺杂ZnO臭氧敏感特性研究    杨留方,赵景畅,吴兴惠

掺杂对纳米ZnO粉末晶粒度和结构的影响    舒小林,胡望宇,王玲玲,张邦维,黄杨程,宋应东,肖汉宁

ZnO∶Tb透明导电薄膜的制备及其特性研究    方泽波,朋兴平,谭永胜,何志巍,王印月

GaN蓝光材料新型ZnO/Si外延衬底的溅射沉积    贺洪波,范正修,姚振钰,汤兆胜

ZnO超微粒子的量子尺寸效应和光催化性能    井立强,孙晓君,郑大方,徐跃,李万程,蔡伟民

CO对ZnO脱硫行为的影响    刘文静 ,樊惠玲 ,李春虎 ,郭汉贤

透明导电氧化物薄膜的研究进展    王敏,蒙继龙

Sol-Gel法制备ZnO∶Al透明导电薄膜    吕敏峰,崔作林,张志焜

ZnO和CaF_2对C_3S和C_4A_3矿物形成的影响    刘晓存,李艳君,单连梅

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究    颜建锋,梁红伟,吕有明,刘益春,李炳辉,申德振,张吉英,范希武

水含量对溶剂热合成ZnO微结构的影响    江浩;顾锋;李春忠;

先进无机材料表面的金属化—ZnO薄膜技术    沈伟;彭德全;沈晓丹;

先进无机材料表面的金属化——ZnO薄膜技术    沈伟;彭德全;沈晓丹;

稀土掺杂ZnO材料的发光特性研究进展    王齐;周大成;邱建备;

ZnO纳米晶的拉曼光谱    吴尝;朱克荣;周广东;

基于ZnO纳米阵列的应力传感器构建及性能测试    张铮;黄运华;李萍;廖庆亮;张跃;

准单晶ZnO薄膜的制备及其光学特性研究    周小芳;

原位观察单根ZnO纳米线同质外延生长    朱瑞;许宏钧;孙杨慧;张敬民;陈莉;徐军;俞大鹏;

ZnO薄膜光致发光的表面等离子体增强效应    万正芬;徐天宁;吴惠桢;原子健;邱东江;

多孔氧化铝模板制备ZnO及其发光性能的研究    郭冠军;罗莉;戴强钦;黄方映;姚丽丽;

关注超高亮度LED产业化    本报记者 梁红兵

纳米涂料：大力发展 谨慎宣传    本报记者 李宏乾

纳米氧化锌在断奶子猪饲料中的应用    张军民高鹏飞

2008年度全省科技进步奖揭晓    记者 赵伟 通讯员 郑原驰

省科学技术进步奖揭晓    郑原驰　记者 李林岩

韩国使用高效光催化活性剂制造抗菌陶瓷    韩文

氧化锌纳米颗粒杀菌分子机理取得新进展    记者魏公铭

ZnO中的杂质行为与p型掺杂    汤琨

ZnO基宽禁带稀磁半导体材料的制备及性能研究    张晓

过渡元素掺杂ZnO稀磁半导体的制备及性质研究    刘洋

共掺杂p型ZnO和富氮Zr-N薄膜的制备、性能及表征    隋瑛锐

ZnO薄膜的制备及其晶体管性能研究    陈韬

氧氩比和氢离子注入对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响    胡懿

ZnO薄膜及其光电子器件中的晶格失配与应力问题研究    李永峰

P型ZnO薄膜的制备及其结构、光学和电学性质的研究    杨通

ZnO薄膜和纳米结构的制备及其特性研究    高世勇

ZnO稀磁半导体低维结构的制备和性能研究    刘伟景

磁控溅射法制备ZnO薄膜及光电导探测器的研制    范晓玲

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质研究    锁雅芹

ZnO与TiO_2的光催化及其光电转换耦合性能的比较    谢炜

Al~（3+）掺杂抗静电改性ZnO颜料制备及其质子辐照效应    吕金鹏

ZnO超长微米线的制备及光学性质的研究    马金雪

ZnO超长微米线制备及其在压电应力传感器方面的应用    孙开通

水热法制备六方柱状ZnO微晶的形貌、结构与光催化性能    刘淑洁

ZnO薄膜和异质结构的光电性能研究    陈慧

ZnO薄膜和纳米晶须的制备及性能研究    尉静

ZnO光电导纳米材料及其半导体性质研究    何俊刚