氧化钛基光阳极薄膜的制备及性能测试

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1、溃压料技大学论文题目：氧化钛基光阳极薄膜的制备及性能测试学科门类：工学一级学科：材料科学与工程+培养单位：材料科学与工程学院硕士生：朱春奎导师：朱振峰教授刘辉副教授2014年5月PREPARATIoNANDPERFoRMANCEoFr】时02BASEDPHOTOANoDESFoRDYE．SENSITIZEDSOLARCELLSA111esisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDe伊eeofMasterofEngi

2、neeringScienceByChunkuiZhuThesisSupervisor：ProfessorZhenfengZhuAssociateprofessorHuiLiuMay2014氧化钛基光阳极薄膜的制备及性能测试摘要上世纪末全球出现的能源危机与环境危机，引起人们对绿色能源的关注。染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能装置，白被报道以来就受到了学术界与商业界的广泛关注。其相对较低的制造成本、简单的制备工艺和技术、良好的光学稳定性、高的转换效率且对环境无污染使得其有望取代传统的P-N结太阳能电池。光阳极薄膜作为染料敏化太阳能电池重要组成部分，最常见的是由

3、TiO：纳米晶组成的薄膜，其质量的好坏对电池的效率有着很大的影响。本论文从制备高质量的TiO：粉末材料出发，利用刮涂法制备出了氧化钛基光阳极薄膜。利用所制备的电极经敏化，封装制备出了染料敏化太阳能电池并测试了电池的光电转换性能。论文中研究了薄膜结构、薄膜形貌、薄膜晶相组成、薄膜的染料吸附性能对电池光电转换性能的影响。通过对薄膜制备工艺与薄膜结构的优化，抑制电池内部的背反应，提高染料敏化太阳能电池的光电性能。主要内容如下：(1)采用不同浓度的KCl盐溶液控制钛酸丁酯在乙醇中的水解制备了两种粒径的Ti02微球，并分析了KCl盐溶液在钛酸丁酯水解过程中的作用机理。利

4、用电子扫描显微镜(SEM)，X射线衍射分析(Ⅺm)与紫外可见漫反射光谱(DRS)对制备的Ti02微球进行了表征。同时，对比研究了这两种粒径的Ti02微球制备的光阳极形貌、染料吸附性能和光电转换性能。其中粒径为350nlYl的氧化钛微球，具有优良的染料吸附能力与致密的薄膜结构，使得电池的整体性能较好，具有潜在的应用价值。(2)选用粒径为350nlTl的Ti02微球为原料，并利用刮涂法制备了氧化钛基光阳极薄膜，采用多次刮涂的手段来增强电池的性能。重点研究了刮涂次数对薄膜形貌、薄膜厚度、薄膜的染料吸附性能及其光电性能的影响。经过比对研究发现，4-6次刮涂(厚度在12

5、—16gm)获得的电池光电性能较好。其中4次刮涂时所得电池的效率最高，达到了3．6％。(3)在选取最佳工艺的基础上我们使用TiCl4溶液处理得到的光阳极薄膜，研究发现TiCl4处理后电池的光电流与光电性能都有着很大的提高。采用TiCL处理制备的光阳极薄膜可以修补电极的内部缺陷，增强薄膜内部颗粒间的接触，从而抑制电池内部的复合反应，增强其光电性能，最终得到了效率高达5．26％的染料敏化太阳能电池。(4)利用高浓度的NaOH溶液腐蚀P25制备出了规则的Ti02纳米线。利用SEM，XRD，DRS的测试手段对获得的Ti02纳米线进行了表征。我们研究了使用Ti02纳米线

6、制备的光阳极薄膜的形貌、薄膜的染料吸附性能与光电性能。由于其较低的染料吸附性能使得其效率和光电流都很小，但是其较高的开路电压表明Ti02纳米线具有优良的电子传导能力。(5)将上述制备的一维的Ti02纳米线混合Ti02微球制备氧化钛浆料，采用四次刮涂工艺制备出了由二者组成的复合结构薄膜。研究了加入不同含量的Ti02纳米线对薄膜形貌，染料吸附性能和光电性能的影响。结果表明适量的TiO：纳米线可以有效的增强光阳极薄膜内部的电子传递，提高电池的光电流和转换效率。但是当纳米线的含量过多时，极容易在薄膜中围成大的孔道，造成电极内部背反应的加剧。当Ti02纳米线的含量为10

7、wt％，电池的效率最高为6．37％。关键词：刮涂法，光阳极，染料敏化太阳能电池，光电性能PREPARATIoNANDPERFoRMANCEOFTi02BASEDPHoToANoDESFORDYE．SENSITIZEDSoLARCELLSABSTRACTSincetheemergenceofglobalenergycrisisandtheenvironmentalcrisisattheendoflastcentury，thedevelopmentandutilizationofgreenenergyhaveattractedglobalattention．Asa

8、newkindofSOlarcells