染料敏化二氧化钛薄膜电极的制备及其光电性能研究

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1、摘要染料敏化Ti02纳米晶太阳能电池(Dsc电池)是一种新型光化学太阳能电池，它制作工艺简单、成本低和性能稳定，并对环境友好，具有很好的应用前景。它在太阳能电池研究上具有重要意义。本文通过溶胶一凝胶法制备了纯Ti02和掺杂Ti02薄膜电极，利用xRD、sEM、热重一差热分析和紫外一可见吸收光谱对薄膜的晶型、表面形貌、相变温度和光学性能进行了研究。通过天然色素对薄膜电极进行敏化，并对其光电性能进行了测试。制备出了光电转化率为1．01％的Ti02薄膜电极。通过正交试验，优化溶胶一凝胶法制备Ti02薄膜的工艺参数，实验结果表明，制备的Ti0

2、2薄膜为锐钛矿结构，在(101)面具有一定的择优取向；得出最佳配比为乙醇：钛酸四丁脂：去离子水：二乙醇胺为70：12：1：4，该配比所制备的薄膜具有较好的光电性能。在制备纯Ti02薄膜时，实验发现硝酸浓度对Ti02薄膜电极的晶相结构和结晶性能没有影响，却对Ti02薄膜电极的光电性能有影响。本文对影响Ti02薄膜电极性能的热处理温度、保温时间、聚乙二醇和催化剂等因素进行了研究。研究结果表明，聚乙二醇的含量和热处理温度对1’i02薄膜的微观结构均有影响，Ti02薄膜的气孔率随PEG的加入量的增多而增大，并制备出开路电压562mV，开路电压

3、233¨A，光电转化率为0．89％的Ti02薄膜电极。Ⅺ①测试结果表明，在金属离子掺杂Ti02的Ⅺ①谱中，均没有发现掺杂金属氧化物的衍射峰，所制备的Ti02且均为锐钛矿结构，在(1叭)面具有一定的择优取向：通过对掺杂Ti02的热重一差热曲线分析，可发现金属离子掺杂的Ti02相变温度均得到不同程度降低；通过sEM观察到，cu2+掺杂的Ti02在热处理时表面出现了龟裂，Fe3+和zn2+掺杂的Ti02的表面都比较平整致密。金属离子掺杂的Ti02薄膜电极与纯Ti02薄膜电极相比，zn2+掺杂的Ti02薄膜电极提高了光电性能，开路电压达到70

4、2mv，短路电流达到417儿A，光电转化率为1．0l％；实验发现，掺杂Fe3+和cu2+并不能提高T∞2薄膜电极的光电性能。l广东工业大学工学硕士学位论文关键词：Ti02薄膜太阳能电池溶胶一凝胶离子掺杂电极IIABSTRACTItisthoughtthatdye—SeIls“izednanocrystallinesolarcell(DSC)isancwtypeofphotoelectriccheInicalsolarcellwithsinlplepr印arationprocedure，lowcoSt，slablephoto—toele

5、ctricaIld丘iendlyenvironmentactioll，Ⅵ，hichmakeitagoodaltemativeofphoto·to—electricdevices；hadditionthereisVeryimportalltsigIlificance．IntllispapeLpureTi02anddopedTi02thiIlfnmeIcctrodeswercstudied．T1lecrystalliIlestmctureandcrystallographicorientationofTi02filnlsweremeasu

6、redbyaY一2000X-raydi衢actomcter(Ⅺ①)．TksurfacemorphologyofTi02filmshasbeenobseⅣedbySc锄E1ectronMicroscope(SEM)．TheUV—_vISspectraofTi02filmson血sedglasssubstrate啪smeasurediIlairatr00mtemperatureus崦aSh岫dzuUv一2550spectmphotometermtheraIlge6Dm300Ilmto800r1111．phasetransitionwaso

7、bservedbyDSC—TGA．Ti02thillfilmelectrodeswereScns“izedbynaturaldye．Thephotoelectricpropertiesofthemweretestedandthebestphotoelectricitypercemconversionwas1．01％．0nhogonaltestwasadoptedtooptimizetechnologyparametersiIlt11isp印eLBythetestresult，whenB山y1tianate，ethanol，de—ion

8、izedwaterdiethanolamille’smixturetatiowas70：12：l：4，Ti02thillfilmelectrodelladthebestphotoelectricproperties．Th