TiO_2复合纳米阵列的可控合成及其光伏特性研究

【摘要】：二氧化钛具有优异的光催化和光电化学等性能,在光催化、太阳能电池等领域表现出广阔的应用前景。Ti02纳米结构作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料是当前染料敏化太阳能电池的研究热点。本文采用水热法在FTO导电玻璃表面上生长Ti02纳米棒及其复合纳米阵列,研究了纳米阵列的物相、微结构和光电响应特性,并分析纳米阵列的生长机理。主要内容如下： (1)以钛酸四丁酯、浓盐酸及去离子水为前驱物,采用一步水热合成法在导电玻璃FTO上面生长c轴取向的四方相二氧化钛纳米棒阵列薄膜,通过实验工艺制备成染料敏化太阳能电池,其短路电流密度JSc=3.27mA/cm2,开路电压Voc=0.46V,转换效率为0.31%。 (2)采用旋涂法和磁控溅射法两种方式制备缓冲层,研究发现,采用旋涂法制备缓冲层的染料敏化太阳能电池,其开路电压Voc=0.63V,短路电流Jsc=1.29mA/cm2,转换效率为0.71%；而通过磁控溅射来调整缓冲层的厚度,其开路电压Voc=0.58V,短路电流Jsc=0.85mA/cm2,转换效率η=0.43%。 (3)在水热体系中,以无水乙醇替换去离子水制备Ti02纳米棒阵列。研究发现,当无水乙醇的含量达100%时,制备出了一种新型的四方金红石结构的单晶二氧化钛阵列薄膜,将样品制备成太阳能电池,其开路电压Vo=0.63V,短路电流Jsc=10.9mA/cm2,转换效率η=4.1%。 (4)采用纳米晶体的成核与生长理论、表面能理论,形状控制化学理论体系研究了FTO表面生长纳米棒阵列薄膜的形成机理。同时解释了前驱体中盐酸、去离子水,无水乙醇在反应中的作用。 【关键词】：TiO_2纳米棒 复合结构 水热合成 染料敏化太阳能电池 转换效率
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 染料敏化太阳能电池9-11
• 1.1.1 能源挑战与机遇9
• 1.1.2 DSSc电池的结构及工作原理9-10
• 1.1.3 太阳能电池的技术指标10-11
• 1.2 半导体材料二氧化钛11-15
• 1.2.1 TiO_2纳米材料的结构、性质12-13
• 1.2.2 TiO_2纳米材料的应用前景13-14
• 1.2.3 TiO_2纳米棒阵列的优点、制备方法及研究现状14-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-17
• 第二章 材料的制备与表征方法17-22
• 2.1 实验材料与设备17-18
• 2.1.1 实验材料17
• 2.1.2 试验仪器17-18
• 2.2 实验流程18-21
• 2.2.1 二氧化钛纳米棒阵列的制备流程18-19
• 2.2.2 DSSc的制备流程19-21
• 2.3 实验样品表征与测试方法21-22
• 第三章 TiO_2纳米棒的合成及表征22-30
• 3.1 引言22-23
• 3.2 实验部分23-24
• 3.2.1 导电玻璃的清洗23
• 3.2.2 二氧化钛纳米棒阵列生长机理初步探讨23-24
• 3.3 钛酸四丁酯浓度对反应结果的影响24-26
• 3.4 不同方法制备缓冲层对试验结果的影响26-28
• 3.5 不同磁控溅射对试验结果的影响28-29
• 3.6 本章小结29-30
• 第四章 二氧化钛复合纳米阵列的合成及表征30-38
• 4.1 前言30
• 4.2 复合纳米阵列的制备与表征30-35
• 4.3 生长机理的研究35-36
• 4.4 本章小结36-38
• 第五章 总结与工作展望38-40
• 5.1 总结38-39
• 5.2 工作展望39-40
• 参考文献40-47
• 附录47-48
• 致谢48

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