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水热法可控制备TiO2纳米阵列及其在太阳能电池中的应用

作　者: 倪阳
导　师: 高云
学　校: 湖北大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: TiO2纳米棒阵列 水热法 有机无机复合太阳能电池
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


T102作为一种重要的无机功能型材料,具有优越的物理化学特性,广泛应用于光电转换、光催化以及光解水制氢等众多重要领域。其中,一维Ti02纳米阵列具有微结构高度规律有序,载流子传输速率高等许多独特、新奇的性能,成为有望替代传统的TiO2纳米晶成为太阳能电池的新型电极材料,是目前国内外专家重点研究项目之一。本文用简单易行的一步水热法在透明导电玻璃FTO上制备,系统地研究了Ti02纳米阵列薄膜制备过程中工艺参数及添加剂乙醇对纳米阵列薄膜形貌及结晶度的影响规律,实现了Ti02纳米棒阵列的可控生长,并且对其形成机理做了详细的分析。在此基础上,我们利用水热法制备的Ti02纳米棒阵列作为薄膜太阳能电池电极材料,应用于有机无机复合太阳能电池中,并对组装电池的光伏性能进行了研究。主要研究内容如下：1、以钛酸四丁酯、浓盐酸和去离子水的混合溶液为前躯体,采用水热法在FTO导电玻璃上直接生长出致密、完整、取向性优良的金红石相Ti02纳米棒阵列。2、系统研究了水热反应时间、水热反应温度以及前驱体溶液中乙醇的添加对所制备的Ti02纳米棒阵列形貌和结晶性的影响规律。实现了用水热法对Ti02纳米材料的可控合成。3、将水热制备的Ti02纳米棒阵列作为电子受体,组装了以P3HT/TiO2纳米棒阵列为异质结的有机无机复合太阳能电池。并探讨Ti02纳米薄膜的结晶取向、形貌、密度和厚度对FTO/TiO2/P3HT/Pt两层器件光伏性能的影响。4、探讨了有机物P层P3HT的厚度对复合电池各参数的影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 TiO_2纳米材料的介绍  10-16
    1.2.1 TiO_2的结构与性质  10-11
    1.2.2 TiO_2纳米材料的制备  11-15
    1.2.3 TiO_2纳米材料的应用  15-16
  1.3 太阳能电池的简介  16-17
  1.4 论文的主要研究内容  17-19
2 实验与测试  19-22
  2.1 实验中所用药品及仪器  19-20
    2.1.1 实验中所用药品  19
    2.1.2 实验仪器/设备  19-20
  2.2 实验设计  20-21
  2.3 样品的表征方法  21-22
3 水热法可控合成TiO_2纳米阵列及其表征  22-32
  3.1 水热法制备纳米材料简介  22-24
    3.1.1 水热法及其机理  22
    3.1.2 水热法制备纳米材料  22-23
    3.1.3 水热法发展趋势  23-24
  3.2 水热法在FTO上制备TiO_2纳米阵列  24-25
    3.2.1 衬底FTO的清洗  24
    3.2.2 TiO_2纳米阵列的制备  24-25
  3.3 实验结果与讨论  25-30
    3.3.1 水热反应条件对TiO_2薄膜结构和形貌的影响  25-29
    3.3.2 TiO_2纳米阵列生长机理及取向分析  29-30
  3.4 本章小结  30-32
4 P3HT/TiO_2纳米棒阵列有机无机复合太阳能电池  32-46
  4.1 有机/无机复合太阳能电池  32-33
  4.2 太阳能电池的基本参数  33-35
  4.3 P3HT/TiO_2纳米棒阵列复合太阳能电池的制备  35-44
    4.3.1 P3HT溶液的配制及TiO_2/P3HT双层薄膜的制备  35-36
    4.3.2 电池的组装及测试  36
    4.3.3 TiO_2薄膜结构和形貌对TiO_2/P3HT电池性能的影响  36-42
      4.3.3.1不同水热时间制备的TiO_2对复合电池性能的影响  39-40
      4.3.3.2 不同水热温度制备的TiO_2对复合电池性能的影响  40-42
      4.3.3.3 前驱体溶液中不同乙醇的量制备的TiO_2对复合电池性能的影响  42
    4.3.4 P3HT的厚度对TiO_2/P3HT电池性能的影响  42-44
  4.4 本章小结  44-46
5 论文工作总结  46-48
参考文献  48-55
附录  55-56
致谢  56

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