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《染料敏化太陽能電池中納米半導(dǎo)體材料及染料的設(shè)計(jì)合成研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要摘要論文題目：染料敏化太陽能電池中納米半導(dǎo)體材料及染料的設(shè)計(jì)合成研究作為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的焦點(diǎn)，太陽能是一種無污染并且取之不盡的能源，近年來對它的開發(fā)和利用越來越受到各國政府的重視。染料敏化太陽能電池(DsSC)以其較低的成本、簡便的制作工藝、穩(wěn)定的性能為人類廉價(jià)和方便地利用太陽能提供了有效的方法，因而成為研究的熱點(diǎn)。從DSSC的工作原理來看，納米半導(dǎo)體多孔膜、染料光敏劑、電解質(zhì)、對電極以及電池的制作工藝參數(shù)等都是影響其性能的重要因素?；趪鴥?nèi)外染料敏化太陽能電池的發(fā)展?fàn)顩r，本論文主要圍繞染料敏化太陽能電池中納米晶半導(dǎo)體多孔薄膜的制備，納米晶多孔電
2、極中光生電子傳輸性能及光敏染料等方面進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容如下：(1)以低成本的偏鈦酸為原料，以含有的羧基或羥基的有機(jī)酸作表面修飾劑，在低溫下實(shí)現(xiàn)了粒徑可控的純金紅石型啊02的制備，探討了有機(jī)酸修飾劑對啊02粒徑的修飾機(jī)理。有機(jī)酸修飾劑的空間位阻效應(yīng)及修飾劑的羥基和羧基的絡(luò)合作用對幣02顆粒的生長起到抑制作用。通過選用不同的修飾劑可制得不同粒徑的納米金紅石型Ti02。(2)以鈦酸正丁酯為主要原料，采用溶膠．凝膠法與水熱法相結(jié)合的方法制備粒徑可控的純銳鈦礦型納米Ti02。系統(tǒng)研究了鈦酸正丁酯水解的pH，水解酸，水熱溫度以及不同類型的表面活性劑對納米Ti02晶
3、型、大小和形貌的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：以強(qiáng)酸硝酸為水解酸，生成的納米啊02的晶型較復(fù)雜；然而使用弱酸冰醋酸時(shí)，則易生成純銳鈦礦型的納米n02晶，且納米晶的粒徑較大，分布均勻，粒子之間界限分明。在適當(dāng)?shù)膒H條件下，發(fā)現(xiàn)水熱溫度與Ti02晶粒大小和分布線性相關(guān)，水熱溫度越高，生成的納米n02的晶粒越大。通過控制pH值，改變水熱處理溫度，即可實(shí)現(xiàn)納米Ti02顆粒晶型和大小可控制備。研究了不同類型的表面活性劑對制得的幣02粒子的影響，發(fā)現(xiàn)添加陰離子性表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(DBS)和陽離子性表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)時(shí)，對制得的1ri02粒子的粒徑影響
4、不大，主要影響幣02晶體的生長程度：而添加非離子性表面活性劑PEG800和PEG2000時(shí)，則對粒徑影響較大，長鏈的PEG2000獲得粒徑較小的納米n02。(3)在上述基礎(chǔ)上，采用絲網(wǎng)印刷(∞r(nóng)e∞-printing)方法制備了納米晶幣02多孔膜電極，以聯(lián)吡啶釕絡(luò)合物(N3)作敏化劑，成功地組裝了染料敏化Ti02納米晶光電化學(xué)池原型器件，并對其光電性能進(jìn)行了測試。從晶型來看，大量存在的大尺寸的金紅石型Ti02，不僅使電極染料吸附量減少，而且還降低了光生電子的傳輸速率，導(dǎo)致了DsSC性能的下降。從不同水解酸來看，在相同水熱溫度下，醋酸體系制得的樣品組裝成的電池
5、的性能要高于硝酸體系制得的電池。從粒徑的大小來看，提高水熱處理溫度，不僅促使顆粒長大，而且能有效提高納米Ti02晶粒的表面能，晶體發(fā)育更完全，因而能有效提高染料的吸附量，減少電子復(fù)合，促使了電池短路電流密度和光電轉(zhuǎn)化效率的提高。通過優(yōu)化Ti02粉體制備，獲得了3．507％的光電轉(zhuǎn)換效率(厚度為4¨m)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)添加陽離子性表面活性劑DBS和陰離子性表面活性劑CTAB時(shí)，所制得的DssC光電性能較空白Ti02電池分別提高了11．41％和7．84％；而添加非離子性表面活性劑PEG800和IL東南大學(xué)博士學(xué)位論文PEG2000時(shí)，PEG的主鏈越長，生成的Ti02的
6、粒子越小，染料吸附量越少，電池性能也越低。研究了不同的電沉積時(shí)間制備的Ti02致密層薄膜厚度對電池性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：致密層的存在可以有效地阻止導(dǎo)電玻璃基底上的光生電子和電解液中13。的復(fù)合，電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率較空白電池提高了3．71％和9．75％。當(dāng)電沉積時(shí)間為15．20miIl，獲得的致密層厚度在350-420姍時(shí)，DSSC的光電性能最好。(4)采用溶膠．凝膠與水熱相結(jié)合的方法成功地制得了Ti蚴。復(fù)合粉體，構(gòu)筑了一系列不同比例的Ti02，ZnO復(fù)合納米晶電極。詳細(xì)研究了電極的浸泡時(shí)間，Ti02／zno復(fù)合比例對復(fù)合電池性能的影響。當(dāng)znO和耶
7、02的摩爾之比為0．0l：1時(shí)，電極的浸泡時(shí)間為4h，復(fù)合光電池表現(xiàn)出最佳的光電性能，其開路電壓為O．792v，短路電流密度為8．809mA．伽．2，填充因子為O．622，獲得的光電轉(zhuǎn)換效率分別為4．35％(厚度為4“m)。詳細(xì)地討論了光生電子在Ti02／zno復(fù)合電極中傳輸過程，適當(dāng)?shù)膠nO摻雜大大加快了電子在薄膜中的傳輸，減少了電子復(fù)合，因而提高電池的性能。(5)通過低溫水熱法成功地在n02多孔膜上自組裝上一種新穎的znO微／納米結(jié)構(gòu)，上層為花狀znO微，納米結(jié)構(gòu)和下層為zno納米棒陣列。FE．sEM結(jié)果表明：單個(gè)znO微／納米花是由多個(gè)平頂?shù)牧切蔚墓?/p>
8、滑的納米棒構(gòu)成，其中納米棒的直徑和長度分別在100．
