TiO_2纳米材料的可控制备及其在染料敏化太阳能电池的应用

【摘要】：近几十年来,染料敏化太阳能电池(DSSC)作为一种新型清洁能源得到了科学研究者的广泛关注。光阳极是DSSC的重要组成部分之一,其组成主要为纳米晶半导体材料薄膜。目前应用最为广泛的光阳极材料是Ti O2纳米材料,然而Ti O2纳米材料的形貌及尺寸等对DSSC的光电转换效率有重要影响。在小尺寸的Ti O2纳米材料表面沉积大颗粒Ti O2作为散射层或散射中心提高光阳极膜的光散射能力成为提高DSSC性能的新途径。本文研究了花状Ti O2纳米材料和Ti O2介孔微球的制备方案,得到形貌可控的Ti O2纳米材料最佳制备条件,并对所制备的材料进行了物理形貌与结构表征以及光电性能研究。结果表明,所制备的花状Ti O2纳米材料为金红石相,由数根直的纳米线呈中心放射状紧密排列构成,纳米线长度约400 nm,直径约24 nm。所制备的Ti O2介孔微球为锐钛矿相,平均粒径大约为2.5μm。Ti O2微球表面包覆着多个相互连接的方状纳米片,形成马赛克结构,暴露锐钛矿相(001)晶面。研究了两种形貌的Ti O2材料的光电性能。将花状Ti O2纳米材料以10%的比例掺入25 nm的P25纳米晶颗粒作为散射中心时,所制备的光阳极封装为DSSC时光电效率可达到7.28%,较纯P25纳米晶颗粒DSSC有明显提高。将Ti O2介孔微球作为DSSC光阳极的散射层时,在电子传输上表现出更高的俘获/被俘获频率,延长有效电子扩散长度和电荷收集效率从而提高纳米晶Ti O2基光阳极DSSC的光电转换效率至6.49%。 【关键词】：TiO_2 染料敏化太阳能电池 光阳极 散射层
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 太阳能电池发展概述10-15
• 1.2.1 太阳能电池的分类10-11
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的基本结构11-12
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的工作原理12-13
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池的性能参数13-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展15-20
• 1.3.1 DSSC光阳极研究现状15-17
• 1.3.2 DSSC染料敏化剂研究现状17-18
• 1.3.3 DSSC电解液研究现状18-19
• 1.3.4 DSSC对电极研究现状19-20
• 1.4 纳米TiO_2基光阳极20-23
• 1.4.1 纳米TiO_2基光阳极材料的制备20-21
• 1.4.2 纳米TiO_2基光阳极薄膜的改性21-23
• 1.5 课题研究内容23-24
• 第2章 实验材料及实验方法24-31
• 2.1 实验所用的试剂及仪器24-25
• 2.1.1 实验试剂24
• 2.1.2 实验仪器24-25
• 2.2 不同形貌纳米TiO_2材料的制备方案25-26
• 2.2.1 花状TiO_2纳米材料的制备25-26
• 2.2.2 TiO_2介孔微球的制备26
• 2.3 染料敏化太阳能电池的制备方案26-28
• 2.3.1 光阳极的制备26-27
• 2.3.2 染料的制备27
• 2.3.3 电解液的制备27
• 2.3.4 对电极的制备27
• 2.3.5 DSSC的组装27-28
• 2.4 样品表征28-31
• 2.4.0 X射线衍射表征（XRD）28
• 2.4.1 拉曼光谱分析（Raman spectra）28
• 2.4.2 扫描电子显微镜表征（SEM）28-29
• 2.4.3 透射电子显微镜表征（TEM）29
• 2.4.4 光电流-光电压曲线测试（J-V）29-30
• 2.4.5 电化学阻抗测试（EIS）30
• 2.4.6 紫外可见吸收光谱表征（UV-Vis）30-31
• 第3章 花状TiO_2纳米材料的制备及性能研究31-47
• 3.1 引言31-32
• 3.2 花状TiO_2纳米材料的制备32
• 3.3 花状TiO_2纳米材料的结构表征32-37
• 3.3.1 花状TiO_2纳米材料的SEM表征32-35
• 3.3.2 花状TiO_2纳米材料的TEM表征35-36
• 3.3.3 花状TiO_2纳米材料的XRD表征36-37
• 3.3.4 花状TiO_2纳米材料的UV-Vis表征37
• 3.4 花状TiO_2纳米材料的光电性能研究37-46
• 3.4.1 花状TiO_2纳米材料基光阳极的制备37-39
• 3.4.2 花状TiO_2纳米材料基光阳极J-V曲线分析39-42
• 3.4.3 花状TiO_2纳米材料基光阳极阻抗分析42-43
• 3.4.4 花状TiO_2纳米材料基光阳极IMVS与IMPS分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章TiO_2介孔微球的制备及性能研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 TiO_2介孔微球的制备47-48
• 4.3 TiO_2介孔微球的表征48-52
• 4.3.1 TiO_2介孔微球的SEM表征48-50
• 4.3.2 TiO_2介孔微球的XRD表征50-51
• 4.3.3 TiO_2介孔微球的TEM表征51
• 4.3.4 TiO_2介孔微球的Raman表征51-52
• 4.4 TiO_2介孔微球的光电性能研究52-57
• 4.4.1 TiO_2介孔微球基光阳极的制备52-53
• 4.4.2 TiO_2介孔微球基光阳极J-V曲线分析53-54
• 4.4.3 TiO_2介孔微球基光阳极阻抗分析54-55
• 4.4.4 TiO_2介孔微球基光阳极IMVS与IMPS分析55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

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