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基于二氧化钛纳米材料染料敏化太阳能电池的研制

作　者: 于明
导　师: 董相廷
学　校: 长春理工大学
专　业: 无机化学
关键词: 静电纺丝氮银纳米纤维纳米带纳米管 DSSC
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着世界经济的发展和技术的进步,人类对能源的消耗也越来越多。在可再生能源的研究中,太阳能技术是人们现在研究的热点。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源是解决能源危机的最佳途径之一。目前,染料敏化纳米晶太阳能电池是纳米技术和光电转换材料研究领域的热点之一,它具有成本低、转化效率高的优点,因此具有广阔的发展前景。静电纺丝技术因其高效、操作简单等优点,近年来己成为制备无机氧化物低维纳米材料的重要方法之一。纳米Ti02作为一种光催化材料,在环境保护、光能转换、工业催化等领域有着极为广泛的应用。本文中采用溶胶-凝胶法配制具有一定粘度的前驱溶液,采用静电纺丝技术成功地制备出PVP/[Ti(SO4)2+(NH2)2CO]复合纳米纤维、纳米带以及中空纳米管,PVP/[Ti(SO4)2+AgNO3]复合纳米纤维、纳米带以及中空纳米管,PVP/[Ti(SO4)2+(NH2)2CO+AgNO3]纳米纤维、纳米带以及中空纳米管,PVP/Ti(OC4H9)4纳米纤维。经过高温焙烧制得掺N、Ag以及双掺二氧化钛纳米纤维、纳米带以及中空纳米管,并将制得的Ti02纳米纤维应用在染料敏化太阳能电池的基底物质上,采用N3染料对其进行敏化处理,I3-/I-作为液体电解质,组装并密封染料敏化太阳能电池。利用XRD、FTIR、SEM等分析手段对制备样品进行了系统表征。结果表明,掺氮TiO2纳米纤维平均直径在150-165nm,纳米带平均宽度在5000-8000 nm,厚度大约为600nm,中空纳米管平均直径在900-1200 nm。掺银Ti02纳米纤维平均直径在97-112 nm,纳米带平均宽度在5000-7000 nm,厚度大约为600 nm,中空纳米管平均直径在1700-2000 nm。氮和银双掺Ti02纳米纤维平均直径在110-150 nm,纳米带平均宽度在6000-7200 nm,中空纳米管平均直径1130-1270 nm。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
第一章绪论  9-29
  1.1 太阳能电池  9-22
    1.1.1 太阳能电池的起源和发展  10-11
    1.1.2 太阳能电池的种类  11-13
    1.1.3 染料敏化太阳能电池  13-20
    1.1.4 染料敏化太阳能电池转化效率的影响因素  20-22
  1.2 静电纺丝技术  22-28
    1.2.1 静电纺丝技术的起源  22-23
    1.2.2 静电纺丝装置  23-27
    1.2.3 静电纺丝的基本原理  27
    1.2.4 静电纺丝技术的发展与展望  27-28
  1.3 本课题研究的目的和意义  28-29
第二章化学试剂、实验仪器及表征方法  29-31
  2.1 主要化学试剂  29-30
  2.2 实验仪器与设备  30
  2.3 表征方法  30-31
    2.3.1 生物显微镜分析  30
    2.3.2 X射线衍射(XRD)分析  30
    2.3.3 红外光谱(FTIR)分析  30
    2.3.4 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析  30-31
第三章掺N二氧化钛一维纳米材料的制备与表征  31-42
  3.1 引言  31
  3.2 实验  31-33
    3.2.1 前驱体溶液的配制  31-32
    3.2.2 PVP/[Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO]复合纳米纤维的制备  32
    3.2.3 掺N二氧化钛纳米纤维的制备  32
    3.2.4 PVP/Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO复合纳米带的制备  32
    3.2.5 掺N二氧化钛纳米带的制备  32-33
    3.2.6 色拉油/[PVP+Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO]同轴纳米纤维的制备  33
    3.2.7 掺N二氧化钛空心纳米纤维的制备  33
  3.3 结果与讨论  33-40
    3.3.1 XRD分析  33-34
    3.3.2 FTIR分析  34
    3.3.3 FESEM分析  34-38
    3.3.4 EDS分析  38
    3.3.5 形成机理分析  38-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章掺Ag二氧化钛一维纳米材料的制备与表征  42-51
  4.1 引言  42
  4.2 实验  42-44
    4.2.1 前驱体溶液的配制  42-43
    4.2.2 PVP/[Ti(SO_4)_2+A_gNO_3]复合纳米纤维的制备  43
    4.2.3 掺Ag二氧化钛纳米纤维的制备  43
    4.2.4 PVP/[Ti(SO_4)_2+AgNO_3]复合纳米带的制备  43
    4.2.5 掺Ag二氧化钛纳米带的制备  43
    4.2.6 色拉油/[PVP/Ti(SO_4)_2+AgNO_3]同轴纳米纤维的制备  43-44
    4.2.7 掺Ag二氧化钛空心纳米纤维的制备  44
  4.3 结果与讨论  44-49
    4.3.1 XRD分析  44-45
    4.3.2 FTIR分析  45
    4.3.3 FESEM分析  45-49
    4.3.4 EDS分析  49
  4.4 本章小结  49-51
第五章掺N、Ag二氧化钛一维纳米材料的制备与表征  51-60
  5.1 引言  51
  5.2 实验  51-53
    5.2.1 前驱体溶液的配制  51-52
    5.2.2 PVP/[Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO+AgNO_3]复合纳米纤维的制备  52
    5.2.3 掺N、Ag二氧化钛纳米纤维的制备  52
    5.2.4 PVP/[Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO+AgNO_3]复合纳米带的制备  52
    5.2.5 掺N、Ag二氧化钛纳米带的制备  52
    5.2.6 色拉油/[PVP/Ti(SO_4)_2+(NH_2)_2CO+AgNO_3]同轴纳米纤维的制备  52-53
    5.2.7 掺N、Ag二氧化钛空心纳米纤维的制备  53
  5.3 结果与讨论  53-58
    5.3.1 XRD分析  53-54
    5.3.2 FTIR分析  54
    5.3.3 FESEM分析  54-58
    5.3.4 EDS分析  58
  5.4 本章小结  58-60
第六章大比例无机盐二氧化钛纳米纤维的制备及表征  60-66
  6.1 引言  60
  6.2 实验部分  60-61
    6.2.1 前驱体溶液的配制  60-61
    6.2.2 复合纳米纤维的制备  61
    6.2.3 二氧化钛纳米纤维的制备  61
  6.3 结果与讨论  61-64
    6.3.1 XRD分析  61-62
    6.3.2 FTIR分析  62
    6.3.3 SEM分析  62-64
    6.3.4 EDS分析  64
  6.4 本章小结  64-66
第七章染料敏化太阳能电池的研制  66-68
  7.1 引言  66
  7.2 实验部分  66-67
    7.2.1 实验材料  66
    7.2.2 太阳能电池的I-V曲线  66-67
  7.3 本章小结  67-68
结论  68-71
参考文献  71-75
致谢  75

基于二氧化钛纳米材料染料敏化太阳能电池的研制

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