高长径比tio2纳米线阵列的可控制备及光电性能研究

《高长径比tio2纳米线阵列的可控制备及光电性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文高长径比TiO2纳米线阵列的可控制备及光电性能研究CONTROLLABLEPREPARATIONOFHIGHASPECTRATIOTiO2NANOWIREARRAYSANDTHEIRPHOTOELECTRICPROPERTIES李海亮哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TM23学校代码：10213国际图书分类号：31.密级：公开工学硕士学位论文高长径比TiO2纳米线阵列的可控制备及光电性能研究硕士研究生：李海亮导师：于清江副教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与

2、工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM23U.D.C.:31.DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringCONTROLLABLEPREPARATIONOFHIGHASPECTRATIOTiO2NANOWIREARRAYSANDTHEIRPHOTOELECTRICPROPERTIESCandidate：LiHailiangSupervisor：Assoc.Prof.YuQingjiangAcademicDe

3、greeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士毕业论文摘要TiO2纳米线阵列凭借其优异的光生电荷分离和输运特性而被广泛应用于

4、染料敏化太阳能电池（DSSC）光阳极。然而，一维TiO2纳米阵列结构相对较小的比表面积造成其染料吸附量较低，这也成为制约DSSC器件光电转换性能的关键问题。本文采用0.2mol/L的TiCl4溶液在FTO导电玻璃上生长了一层致密TiO2种子层。采用乙醇作为反应溶剂，通过溶剂热反应法在生长了种子层的FTO导电玻璃上制备出了高长径比的单晶金红石相TiO2纳米线阵列；分析了不同乙醇与盐酸比例和反应时间对TiO2纳米线形貌和长度的影响规律。进一步采用了乙醇-水的混合溶液作为反应溶剂，通过新颖高效的一步水热/溶剂热

5、反应法，成功制备出了形貌可控的TiO2纳米线阵列结构；特别地，当乙醇、水和盐酸的体积比为20:10:30、反应时间为12h时，得到了长度达44μm的超高长径比的TiO2纳米线阵列。采用SEM、TEM、XRD等进行了材料表征，分析表明，TiO2纳米线阵列为金红石型结构，且垂直于FTO导电玻璃进行生长，具有很强的结晶性、超高的长径比和取向性。这种新颖的一维纳米线阵列结构不仅具有优异的电荷分离和输运特性，同时具有较大的比表面积。通过改变乙醇与水的比例、反应时间和盐酸含量，着重分析了TiO2纳米线阵列的形成过程和

6、生长机理，研究表明，合适的乙醇-水-盐酸体积比有利于超高长径比的TiO2纳米线阵列结构的形成。将不同条件下合成的TiO2纳米线阵列薄膜用作染料敏化太阳能电池光阳极，通过J-V测试、IPCE测试、EIS测试等表征手段，详细研究并对比了基于不同TiO2纳米线阵列薄膜光阳极的DSSC光电性能，分析了TiO2纳米线阵列结构与器件性能之间的关系，超高长径比的TiO2纳米线阵列结构一方面可以显著增加染料吸附-量，进而提高短路电流密度，但另一方面也容易造成I3的聚集而产生较严重的电子复合损失，影响开路电压，需要从两方面

7、同时考虑对器件性能的影响。最终在乙醇、水和盐酸的体积比为20:10:30、反应时间为12h时，得到了高达8.92%的光电转换效率。关键词：TiO2；纳米线；乙醇；DSSC；光阳极-I-哈尔滨工业大学工学硕士毕业论文AbstractTiO2nanowirearrayshavebeenwidelyemployedasthephotoanodesofdye-sensitizedsolarcells(DSSC),duetotheirexcellentphoto-generatedchargeseparationa

8、ndtransportproperties.However,goodperformanceofDSSCbasedon1DTiO2nanostructuresremainsachallengelargelyowingtotheirinsufficientdyeabsorptionresultingfromtheinferiorspecificsurfacearea.Inthispaper,pre-treatmentbyanaqu