聚合物调控的半导体介孔材料—介孔TiO_2的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：半导体介孔材料是近年来新兴起的一个研究热点。介孔TiO2作为一种典型的非硅基半导体介孔材料,由于具有较高的比表面积、有序的孔道结构和优良的电学性能,可以有效地增强光电转换效率。特别地,介孔TiO2作为染料敏化太阳能电池光阳极的重要组成部分,其晶型、形貌、尺寸等因素都对光电转化效率有着重要的影响。 本论文在环境友好型实验条件下,以两种聚合物为模板剂制备了介孔TiO2材料,分别利用红外(FT-IR)光谱、X射线衍射(XRD)、比表面积与孔径分析、场发射扫描电子显微镜(FESEM)以及透射电子显微镜(TEM)对制备的介孔TiO2的相结构、比表面积、孔径和形貌进行了表征,并对其尺寸可控因素和在染料敏化电池能电池中的应用进行了有益的探索,其主要内容如下： 以三嵌段共聚物聚氧化乙烯-聚氧化丙烯-聚氧化乙烯(E020PO70EO20,P123)为模板剂,钛酸正四丁酯(TBOT)为前驱体,采用水热法制备了双峰纳晶介孔TiO2,探讨了P123用量对纳晶TiO2微结构的影响。以双峰纳晶介孔TiO2作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料组装的太阳电池的光电转化效率达5.18%,与相同条件下以P25作光阳极材料组装的电池效率(4.02%)相比提高了28.85%,初步显示了双峰纳晶介孔TiO2在染料敏化太阳能电池领域中的应用潜力。 采用水热法以钛酸正丁酯为钛源制备了锐钛矿相晶型的介孔TiO2(H-TiO2),然后以制得的纳晶TiO2粉末直接和海藻酸钠(SA)水溶胶杂化合成了比表面积达100.06m2/g,具有棒状结构的锐钛矿/板钛矿混合晶型介孔TiO2,通过不同H-TiO2和SA的用量百分比考察了对其微结构的影响,确定了其最佳配比为H-TiO2/SA=50/50。初步研究了所制备的混合晶型介孔TiO2在染料敏化太阳能电池中的应用,由其组装的染料敏化太阳能电池的光电转化效率仅有0.11%,比相同条件下由P25组装的电池的光电转换效率小很多。相信进一步调控纳晶介孔TiO2的合成条件,由其组装的太阳能电池的光电转化效率将有望进一步提高。然而,这项实验也为棒状结构介孔TiO2的合成提供了新的视野。 【关键词】：介孔TiO_2 水热法 双峰 棒状结构 海藻酸钠 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 前言9
• 1.2 介孔TiO_2的形成机理9-11
• 1.2.1 液晶模板机理10
• 1.2.2 协同作用机理10-11
• 1.3 介孔TiO_2的合成方法11-14
• 1.3.1 模板剂的分类11-13
• 1.3.2 模板剂的脱除方法13-14
• 1.4 介孔TiO_2的表征14-16
• 1.5 介孔TiO_2的应用16-17
• 1.5.1 介孔TiO_2在光催化材料领域的应用16-17
• 1.5.2 介孔TiO_2在太阳能电池中的的应用17
• 1.6 染料敏化太阳能电池概述17-18
• 1.7 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理18-21
• 1.8 染料敏化太阳能电池的研究进展21-23
• 1.8.1 染料敏化太阳电池光阳极21-22
• 1.8.2 染料敏化剂22
• 1.8.3 电解质22
• 1.8.4 对电极22-23
• 1.9 本论文的研究内容和意义23-24
• 第二章 双峰纳晶介孔TiO_2的制备及在染料敏化太阳电池中的应用24-35
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 实验试剂25
• 2.2.2 实验仪器25-26
• 2.2.3 双峰纳晶介孔TiO_2的制备26
• 2.2.4 染料敏化薄膜电极制备26-27
• 2.3 实验表征27-29
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)分析测试27-28
• 2.3.2 N_2吸附-脱附曲线、比表面及孔径分布分析28
• 2.3.3 扫描电镜(SEM)28
• 2.3.4 透射电镜(TEM)28
• 2.3.5 光电转换效率测量28-29
• 2.4 结果与讨论29-33
• 2.4.1 X射线衍射分析29-30
• 2.4.2 比表面积和孔径分布30-32
• 2.4.3 SEM和TEM分析32
• 2.4.4 染料敏化太阳电池性能分析32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 锐钛矿/板钛矿混合晶型的棒状结构介孔TiO_2的制备35-46
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 实验试剂36-37
• 3.2.2 实验仪器37
• 3.2.3 纳晶介孔TiO_2的制备37-38
• 3.2.4 染料敏化薄膜电极制备38
• 3.3 实验表征38-39
• 3.3.1 红外光谱(FT-IR)38-39
• 3.3.2 X射线衍射(XRD)分析测试39
• 3.3.3 N_2吸附-脱附曲线、比表面及孔径分布分析39
• 3.3.4 扫描电镜(SEM)39
• 3.3.5 透射电镜(TEM)39
• 3.3.6 光电转换效率测量39
• 3.4 结果与讨论39-45
• 3.4.1 红外光谱(FT-IR)分析39-40
• 3.4.2 比表面积和孔径分布40-41
• 3.4.3 X射线衍射分析41-43
• 3.4.5 SEM和TEM分析43-44
• 3.4.6 染料敏化太阳电池性能分析44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 结论46-47
• 参考文献47-53
• 致谢53-54
• 附录 攻读硕士期间已发表文章和会议论文54

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