掺杂sral2o4-eu的tio2光阳极制备及其光电性能

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1、掺杂SrAl2O4:Eu的TiO2光阳极制备及其光电性能第一章绪论石油、天然气和煤仍是当今世界的主要能源。然而，随着世界人口的日益增长，石油和天然气资源日益紧缺，环境问题也日益严重。2007年<<AdvancedMaterialsProgress>>杂志发表了一系列文章，阐述了当前的能源现状和应用前景，详细介绍了能源危机情况、未来能源持续被消耗、石油和天然气资源即将枯竭等问题。这些问题让人们意识到能源紧缺的现状，也意识到能源的不当利用造成的环境污染问题，充分利用旧能源、开发和推广新能源成为了一种必然的趋势。煤、石油、天然气的枯竭使得传统能源的主导地位即将消亡，因此

2、，寻找蕴量丰富，使用安全，环境友好的新能源已成为国际社会的当务之急。与传统能源相比，新能源在不同的时期、不同的科技水平下有着不同的内容。就目前的情况而言，太阳能、风能、水能、核能、潮汐、地热等有可能成为未来的新能源。而太阳能的应用潜力是巨大的，太阳能发电技术、太阳能汽车和光伏电池的制备等技术应运而生，且部分已形成产业，如何拓宽太阳能的利用范围，降低生产成本等问题已成为当前的热门课题。太阳能是实实在在的可再生能源，资源丰富，取之不尽，用之不竭。太阳能发电是由光子直接转化为电，不产生温室气体，环境友好。太阳能发电装置就是使用太阳能电池，通过光电转换把太阳能转化为电能。光伏电池就是一种简单的光

3、-电转化器。按所用材料不同，可将太阳能电池分为硅基、薄膜、聚合物以及染料敏化太阳能电池（Dye-sensitizedsolarcells，DSSC）[1]。目前，硅基太阳能电池已实现商品化，但由于它对硅晶体纯度的要求过于苛刻，而且生产工艺复杂，使得硅系太阳能电池的价格十分昂贵。并且硅系太阳能电池的潜力有限（理论极限转化效率为30%）。这种种问题限制了硅系太阳能电池的发展和普及。诺贝尔奖获得者马丁格林[2]研究的薄膜太阳能电池成本低、无毒、转换效率(74%)高，但离商品化还有距离。学者们在寻找一种更有潜力的新型太阳能电池。1991年，Grtzel用染料敏化多孔纳米结构的TiO2薄膜，并将其

4、作为光阳极，制备出了效率高达7.1%的太阳能电池[3]，这种电池被称为DSSC。与硅太阳能电池相比，DSSC的转换效率还很低，而且稳定性较差，但由于简单的制备工艺、较低的成本、丰富的原料资源，使其具有更高的推广普及价值，拥有更广阔的市场前景，引起学者的广泛关注，目前DSSC的最高转化效率已达到12%以上[4]。DSSC是指用染料敏化剂对多孔纳米TiO2薄膜进行敏化组装成的一类半导体光电化学电池，其具有典型的三明治结构，包括导电玻璃、光阳极、染料敏化剂、电解质和对电极五部分。从DSSC的问世到今天已经经历了20多年的时光，学者对DSSC的电解质、敏化染料、对电极材料和阳极材料做了大量的研究

5、。其中，光阳极是DSSC的核心部分，它的好坏直接影响到DSSC的光电性能，对光阳极材料的优化改性研究成为现在学者提高DSSC效率和性能的研究热点。........第二章文献综述2.1染料敏化太阳能电池（DSSC）由于能源危机和环境污染问题越来越严峻，开发和利用新能源成为各国应对这两大问题的研究热点。20世纪70年代爆发了石油危机，新能源的利用得到发展。太阳能资源因具有环境友好、储量丰富、不受地域限制等特点而成为新能源研究的重点之一。硅、砷化镓等光伏电池相继发展起来，其光电转换效率一般在18%以上[5]。随后，多晶硅、碲化镉化合物太阳能电池也应运而生。虽然硅基太阳能电池早已投入生产，但因其

6、成本居高不下、制备工艺复杂以及光腐蚀性严重，使得其民用化发展受到限制。因此，开发新型低成本、高效率的太阳能电池，已经成为了未来能源研究的一大热点。制备工艺简单、制作成本低、理论光电转换效率高使得DSSC具有更广阔的发展空间。早期的DSSC光电转换效率较低，发展一直很缓慢。直到1991年，瑞士的Mr.Gr?tzel教授等研发出TiO2薄膜阳极的DSSC，其光电转换效率为7.1%-7.9%[3]，使DSSC的研究获得突破性进展。1993年，Mr.Gr?tzel教授的研发小组对DSSC进行了改进，获得了10%-11%的光电转换效率[6]。Nazeeruddin等[7]于2001年制备出了光电转

7、换效率达10.4%的DSSC，使得DSSC达到了实用化条件。研究者对光阳极材料进行了多方面的研究以提高DSSC光电转换效率。GratzelM等[8,9]用水热法合成TiO2纳米晶，并将其丝网印刷在TCO基板上制得DSSC的光阳极，获得了高达11%的光电转换效率。Lee等[10]通过旋涂法在TiO2光阳极表面包覆一层Ca(OH)2，其光电转换效率由7.84%提高到9.68%。2009年，es小组采用阳极氧化法以HF为电解液在钛片上成功