两端开口TiO_2纳米管阵列制备及其在量子点敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：TiO2纳米管阵列薄膜拥有良好的化学和物理性质，例如光稳定性、化学稳定性、无毒、优异的光催化以及光电转换性能。一般地，TiO2纳米管阵列薄膜都是通过阳极氧化Ti片制备得到，所获得的TiO2纳米管阵列薄膜的底部是封闭的并与Ti片紧紧相连。在本文中，首先利用阳极氧化法分别制备了普通的一端开口的TiO2纳米管阵列薄膜，接着在阳极氧化结束时升高电压制备了一种新型的两端开口的无衬底的TiO2纳米管阵列薄膜。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDX）和透射电子显微镜（TEM）等多种分析测试手段对TiO2纳米管阵列薄膜的结构、成分以及形貌进行了系统的分析研究。 由于两端开口的TiO2纳米管阵列薄膜的半导体特性及其通孔的独特结构，使得其在量子点敏化太阳能电池方面的应用具有更大的优势：这种结构的样品可以吸收更多的量子点并提高电池的光电转换效率。本文利用连续离子层吸附反应法制备CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜。对于一端开口的薄膜，大部分CdS量子点团聚在薄膜的表面并堵住了纳米管的管口。但CdS量子点可以均匀地分布在两端开口的纳米管的内管壁和外管壁，形成了CdS/TiO2/CdS的三明治结构，将这种三明治结构的光阳极组装成太阳能电池，其性能参数如下：短路光电流密度为4.91mA·cm-2，开路光电压为0.62V，填充因子为54.3%。与CdS敏化的一端开口TiO2纳米管阵列薄膜样品相比，光电能量转换效率提高了3倍多，达到1.64%。 【关键词】：TiO2纳米管阵列 两端开口 CdS量子点 量子点敏化太阳能电池
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太阳能电池9-12
• 1.3 纳米半导体材料12-13
• 1.4 纳米 TiO_2半导体材料13-14
• 1.5 TiO_2纳米管的概述14-17
• 1.6 本课题研究的目的和主要内容17-18
• 2 一端开口的 TiO_2纳米管阵列薄膜的制备18-28
• 2.1 试验试剂和实验仪器20
• 2.2 实验部分20-22
• 2.3 样品表征22
• 2.4 结果与讨论22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 两端开口的 TiO_2纳米管阵列薄膜的制备28-36
• 3.1 实验试剂和仪器29-30
• 3.2 实验部分30
• 3.3 样品表征30-31
• 3.4 结果与讨论31-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4. CdS 量子点敏化 TiO_2纳米管阵列薄膜太阳能电池的制备及其性能研究36-54
• 4.1 试验试剂和仪器41
• 4.2 实验部分41-43
• 4.3 样品表征43
• 4.4 结果与讨论43-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5. 全文总结与展望54-56
• 5.1 全文总结54
• 5.2 今后工作展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-64
• 附录 攻读学位期间发表的论文目录64

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