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二氧化钛纳晶制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

作　者: 闫晓丹
导　师: 贾建光
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 染料敏化太阳能电池 TiO2电极 TiO2纳米棒 四甲基氢氧化铵 光散射
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
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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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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