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氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构可控制备及其电化学性能

作　者: 任翔
导　师: 顾锋
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 氧化钛水热合成溶剂热合成纳米棒阵列染料敏化太阳能电池
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

氧化钛纳米结构因具有许多优异的性能而得到广泛关注,其结构控制合成及应用研究是当前纳米材料研究领域的热点之一。本文以一维纳米氧化钛为研究对象,通过改变反应环境,在强酸和弱酸反应体系中,分别合成了具有一维结构的氧化钛纳米棒阵列薄膜,研究了其形貌、结构及其结构演变过程和生长机理,并研究了将其应用为染料敏化太阳能电池(DSSCs)光阳极材料时的电化学性能。1.以盐酸水溶液为溶剂,钛酸四丁酯为前驱体,通过水热反应制备得到了结构均一的金红石型氧化钛纳米棒阵列。研究表明纳米棒阵列的直径、长度及阵列密度与其反应的时间、温度、钛源浓度、盐酸含量及添加剂等条件有关。使用反应时间5小时(h)的氧化钛阵列薄膜组装成的染料敏化太阳能电池的光电转化效率为1.2%。通过自行设计的喷雾热解设备在FTO导电玻璃表面制备了纳米氧化钛致密层薄膜,研究发现致密层薄膜对其表面氧化钛纳米棒阵列的生长有显著的促进作用且组装电池器件后可以有效降低暗电流的产生,带有致密层薄膜、反应时间同为5h的氧化钛阵列薄膜组装的DSSC光电转化率为1.4%,效率提高17%。2.在以乙酸乙醇溶液为溶剂的弱酸环境中,以四氯化钛为前驱体,通过溶剂热法合成了金红石型氧化钛纳米棒阵列薄膜,厚度5.6μm,该薄膜具有很好的透光性,具有上下分层结构,其形成过程是一个动态平衡和能量最小化的过程。利用其组装成的DSSC效率为3.9%,研究发现通过引入散射层可显著提高电池的光电转化效率,当分别采用粒度为200nm的氧化钛颗粒及P25氧化钛为散射层时,制成的具有复合电极结构薄膜的电池效率分别为5.3%和7.3%。研究发现改变溶剂中乙酸的比例可以抑制金红石相的生成,得到金红石相和锐钛相混相的薄膜,同时其结构发生变化,变为准一维簇状结构,厚度为2.9gm,混相薄膜制成的DSSC效率为4.2%,通过三次循环生长后,厚度达到5.2gm,其效率达到5.1%。进一步提高乙酸比例,得到厚度为1.6μm的纯锐钛相薄膜,其制备成的DSSC效率为1.7%。

氧化钛纳米棒阵列薄膜的结构可控制备及其电化学性能

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