cds納米線制備及其在光電極中的應(yīng)用

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1、摘要本文重點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史、太陽(yáng)能電池材料、太陽(yáng)能電池分類、太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及工作原理、納米科學(xué)技術(shù)與太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題、太陽(yáng)能電池現(xiàn)狀等進(jìn)行了的綜述，闡明了A陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的緊迫性。Ti02能帶寬度為3．2eV，是一種廉價(jià)、高活性、安全、應(yīng)用范圍廣、無(wú)污染且性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，在太陽(yáng)能屯池中的應(yīng)用己逐漸受到人們的重視。但是其能隙為寬度過(guò)人，劃太陽(yáng)光的利用率過(guò)低，如何提高Ti02電極的光利用效率一直是個(gè)重要的研究課題。CdS是一利咱％帶寬度為2．42eV的II．Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，其能帶位置決定了其可以用來(lái)很好的敏化Ti02的半導(dǎo)體電

2、極，但是CdS本身具有一定的毒性。CdS顆粒敏化功能人們?cè)缫寻l(fā)覺(jué)，但是對(duì)CdS納米棒、納米線在敏化Ti02電極電極方而的研究還鮮有報(bào)道。本文將CdS分散于聚合物層中，期望克服CdS的毒性問(wèn)題，采用CdS納米棒、納米線敏化Ti02電極及單獨(dú)作為電極使用為太陽(yáng)能電池的研究丌拓了新的發(fā)展方向。本論文研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分，首先通過(guò)溶膠．凝膠法探索制備多孔Ti02薄膜，其次是探索制備大面積、高純度的乖晶CdS納米棒、納米線，最后將前兩個(gè)部分結(jié)合起來(lái)，探索光電極方面的應(yīng)用。多孔Ti02薄膜以羥基纖維素(HPC)為添加劑，采用溶膠一凝膠法制備。本研究首先采用了乙

3、醇作為溶劑，對(duì)溫度、熱處理時(shí)間及HPC濃度等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)都難以制備得到理想的多孔Ti02薄膜。然后對(duì)溶劑進(jìn)行了一定的研究，考察了乙醇、乙_醇、乙二醇甲醚、乙醚、丙酮等溶劑，發(fā)現(xiàn)乙二醇甲醚比較適合用于制各多孔Ti02薄膜。最后以乙一醇甲醚為溶劑，通過(guò)熱處理時(shí)間、HPC濃度、層數(shù)等研究制各出了比較理想的多孔Ti02薄膜。在熱處理溫度550℃、-次熱處理時(shí)問(wèn)為60rain、在tlPC濃度為4，5mg／g溶液、及鍍5層的條件下得到了孔徑人約為80nm、薄厚大約400nm的均勻分布的多孔Ti02薄膜。CdS納米棒、納米線的制備，首先在少量的修飾劑卜，

4、采用化學(xué)浴沉積法。研究中通過(guò)劃反應(yīng)時(shí)問(wèn)、體系PH值及修飾劑晌含量的研究，雖然得到‘定產(chǎn)量的CdS納米線，fH是其體系總是CdS納米線與納米顆粒共存，且得到納米線均浙江大學(xué)碩J‘論文為多晶，研究結(jié)果不理想。之后，采用溶劑熱法來(lái)制備CdS納米線、納米棒。溶劑熱法以乙二胺為溶劑，通過(guò)對(duì)修飾劑含量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度的系統(tǒng)研究最終得到了大面積、高純度的單晶CdS納米棒、納米線。且納米線的尺寸通過(guò)實(shí)驗(yàn)條件能夠得到比較好的控制。在修飾劑含量在O．039／50ml溶劑，反應(yīng)溫度為180℃的條件下，反應(yīng)時(shí)削為96t1．得到了長(zhǎng)約為79in，直徑約為90nm的均勻C

5、dS納米線；反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到144h．得到了氏約為13pm，直徑約為85rim的均勻CdS納米線。反應(yīng)溫度提高到為250。C的條件F，反應(yīng)時(shí)間為96h得到了長(zhǎng)約為20I_tm，直徑約為80nm的均勻CdS納米線，長(zhǎng)徑比達(dá)到250。對(duì)修飾劑含量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，摹本分析出了納米線形成的機(jī)理及其形成條件。第三部分研究了多jLTi02薄膜光電極、CdS納米線聚合物薄膜／多孔Ti02薄膜光電極、CdS納米線聚合物薄膜／致密Ti02薄膜光電極、CdS納米線聚合物薄膜光電極四種光電極的光電性能。研究發(fā)現(xiàn)多孑LTiO：薄膜光電極

6、，多孔的存在有利于擴(kuò)展光響應(yīng)范圍。CdS聚合物薄膜與Ti02薄膜復(fù)合制各電極，有利于光生載流子的分離，使光電流增大及起動(dòng)滯后現(xiàn)象減弱。隨著CdS納米線長(zhǎng)徑比的增大，光電流起動(dòng)滯后現(xiàn)象有減小的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：Yi02多孔薄膜；溶膠一凝膠法；CdS納米線；溶劑熱法；光電極；光電流浙江大學(xué)碩士論文AbstractInthethesis，thematerials，theprincipleandstructureofdifferentkindsofthesolarcells，therelationbetweennaflo—scienceandthesolarc

7、ells，thedevelopmentot’thesolarcellsandtheproblemsinthesolarcellswerereviewed．Itisilluminatedthattheurgencyoftheexploitationofthesolarenergy．Asanimportantsemiconductingoxide，Ti02hasbeenextensivelyinvestigatedinthefieldofsolarcells．Whilethebandgapofitistoobroadtoabsorbthesolarra

8、dializationeffectively．11-VlsemiconductorCdShasbeenfoundtoexp