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TiO_2纳米棒的制备及光电性能研究

作　者: 马洁霞
导　师: 郝彦忠
学　校: 河北科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: TiO2纳米棒 CdSe纳米棒 量子点 聚3-甲基噻吩 光电化学 杂化太阳电池
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


利用TiO2纳米粒子与NaOH和HNO3反应,制备了TiO2纳米棒。并对TiO2纳米棒进行了一系列表征。对TiO2纳米棒膜电极、量子点修饰TiO2纳米棒复合膜电极、TiO2纳米棒与CdSe纳米棒的复合膜电极、聚3-甲基噻吩修饰的TiO2纳米棒及TiO2/CdSe纳米棒复合膜电极的光电化学性质进行了研究。研究的主要结果如下:1)利用TiO2纳米粒子的水热反应,在温度200℃,反应时间36 h的条件下合成TiO2纳米棒。TiO2纳米棒为锐钛矿和金红石的混晶结构,光电化学性能研究表明,在电极电势为0.5 V、入射光波长为340 nm的条件下,IPCE值达到36%。2)研究了CdS量子点修饰TiO2纳米棒膜电极的光电化学性能。当电极电势0.5 V条件下、入射光波长为340 nm时,CdS修饰的TiO2纳米棒膜电极光电转换效率,对比于单一TiO2纳米棒膜电极和CdS修饰的TiO2纳米粒子膜电极的光电转换效率都有明显提高。3)研究了TiO2纳米棒和CdSe纳米棒的复合膜电极的光电化学性能。研究了不同摩尔比的TiO2纳米棒和CdSe纳米棒的复合膜电极的光电性能。实验表明当TiO2与CdSe的摩尔比为2:1,光电转换效率最高,达到66%。在相同电极测试条件下TiO2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜电极,与单独的TiO2纳米棒膜电极比较,吸收范围发生了明显的红移现象,IPCE值也有了极大的提高。4)研究了聚3-甲基噻吩Poly（3-Methylthiophene）（PMeT）修饰TiO2纳米棒膜电极的光电性能。当电极电势为-0.4 V,聚合时间为40 s时,PMeT修饰TiO2纳米棒膜电极光电转换效率最高。实验表明TiO2纳米棒/PMeT中存在p-n异质结,一定条件下p-n异质结存在使得TiO2纳米棒/PMeT膜电极在长波区光电转换效率得到提高。5)研究了聚3-甲基噻吩Poly（3-Methylthiophene）（PMeT）修饰TiO2/CdSe复合纳米棒膜电极的光电性能,当电极电势为-0.2 V,电化学聚合时间为40 s时,PMeT修饰TiO2/CdSe纳米棒复合膜电极的光电转换效率最高达到56%。实验表明ITO/TiO2/CdSe/PMeT中存在p-n异质结,使得ITO/TiO2/CdSe/PMeT复合膜电极在长波区光电转换得到提高效率,光吸收截止波长发生了明显的红移。同时以ITO/TiO2/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池,初步研究了光电池性能,测得光电池总的光电转换效率为0.08%,Voc=0.4 V,jsc=0.61 mA·cm-2,ff=0.33。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 太阳电池结构及工作原理  11-13
  1.2 纳米科学技术与太阳电池  13-16
    1.2.1 太阳能电池的主要性能评价指标  15-16
  1.3 复合纳米材料在纳米光电化学中的应用研究  16-18
    1.3.1 无机纳米复合材料在光电化学中的应用研究  16-17
    1.3.2 导电聚合物修饰半导体纳米材料的光电化学研究  17-18
  1.4 TiO_2纳米棒的国内外研究现状  18-20
    1.4.1 模板合成法  18-20
    1.4.2 超声法  20
    1.4.3 水热合成法  20
  1.5 TiO_2纳米棒的应用  20-21
  1.6 本课题的设想  21
  1.7 主要研究内容和研究方案  21-23
第2章 TiO_2纳米棒的制备及其光电化学研究  23-31
  2.1 实验部分  23-25
    2.1.1 主要实验仪器  23
    2.1.2 实验药品  23-24
    2.1.3 二氧化钛纳米粒子的制备  24
    2.1.4 TiO_2纳米棒的制备  24
    2.1.5 表征  24-25
  2.2 光电化学测定  25
    2.2.1 ITO/TiO_2纳米棒膜电极的制备  25
    2.2.2 光电流的测定  25
  2.3 结果与讨论  25-30
    2.3.1 表征分析  25-27
    2.3.2 光电性能研究  27-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 量子点修饰TiO_2纳米棒膜电极的光电化学研究  31-40
  3.1 实验部分  31-33
    3.1.1 主要实验仪器  31
    3.1.2 主要实验药品  31-32
    3.1.3 二氧化钛纳米粒子的制备  32
    3.1.4 TiO_2纳米棒的制备  32
    3.1.5 表征  32-33
  3.2 光电化学测定  33-34
    3.2.1 ITO/TiO_2/Q-CdS纳米膜电极的制备  33
    3.2.2 光电流的测定  33-34
  3.3 结果与讨论  34-39
    3.3.1 表征分析  34-35
    3.3.2 光电化学性质研究  35-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 TiO_2纳米棒与CdSe纳米棒复合膜电极的光电性能研究  40-49
  4.1 实验部分  40-42
    4.1.1 主要实验仪器  40
    4.1.2 主要实验药品  40-41
    4.1.3 TiO_2纳米棒的制备  41
    4.1.4 CdSe纳米棒的制备  41
    4.1.5 表征  41-42
  4.2 光电化学测定  42
    4.2.1 ITO/TiO_2/CdSe复合膜电极的制备  42
    4.2.2 光电流的测定  42
  4.3 结果与讨论  42-48
    4.3.1 表征分析  42-44
    4.3.2 光电化学性质研究  44-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章 聚3-甲基噻吩修饰TiO_2纳米棒复合膜电极光电化学性能研究  49-57
  5.1 实验部分  49-50
    5.1.1 主要实验仪器  49
    5.1.2 主要实验药品  49-50
    5.1.3 TiO_2纳米棒的制备  50
    5.1.4 表征  50
  5.2 光电化学测定  50-51
    5.2.1 ITO/TiO_2纳米棒/PMeT膜电极的制备  50-51
    5.2.2 光电流的测定  51
  5.3 结果与讨论  51-56
    5.3.1 表征分析  51-52
    5.3.2 光电化学性质研究  52-56
  5.4 本章小结  56-57
第6章 聚3-甲基噻吩修饰TiO_2/CdSe纳米棒复合膜杂化太阳电池性能研究  57-68
  6.1 实验部分  57-59
    6.1.1 主要实验仪器  57
    6.1.2 主要实验药品  57-58
    6.1.3 TiO_2纳米棒的制备  58
    6.1.4 CdSe纳米棒的制备  58
    6.1.5 表征  58-59
  6.2 光电化学测定  59-60
    6.2.1 ITO/TiO_2/CdSe/PMeT电极的制备  59
    6.2.2 杂化太阳电池的制备  59
    6.2.3 光电流的测定  59-60
  6.3 结果与讨论  60-67
    6.3.1 表征分析  60-61
    6.3.2 ITO/TiO_2/CdSe电极光电化学性质研究  61-62
    6.3.3 ITO/TiO_2/CdSe/PMeT电极光电化学性质  62-67
  6.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间所发表的论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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