基于二氧化钛纳米材料染料敏化太阳能电池的研制

【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。 【关键词】：静电纺丝 氮 银 纳米纤维 纳米带 纳米管 DSSC
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 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

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