双层二氧化钛光阳极的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

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1、学校代码10459学号或申请号201412192421密级硕士学位论文双层二氧化钛光阳极的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用作者姓名：冉慧丽导师姓名：邵国胜教授范佳杰副教授学科门类：工学专业名称：材料加工工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2017年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterPreparationofDouble-layerTitaniumDioxidePhotoanodeFilmanditsApplicationinDye-sens

2、itizedSolarCellsByHuiliRanSupervisor:Prof.ShaoGuoshengAssociateProf.FanJiajieMaterialsProcessingEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringApril2017学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规

4、定。学位论文作者：日期：年月日摘要能源是全球经济发展的基石。随着传统化石能源的日趋枯竭，绿色可再生能源将成为世界能源发展的主旋律。太阳能光伏器件开始获得人们的广泛关注。特别地，染料敏化太阳能电池（DSSC）因其低廉的成本、简单的制作工艺、较高的理论光电转换效率、稳定的性能以及不污染环境的特点被广泛研究。然而在实际应用中，DSSC的光电转换效率偏低，如何提高效率是我们需要解决的难题。半导体TiO2是染料敏化太阳能电池主要应用的光阳极材料，具有原材料丰富、成本低、化学惰性和生物无毒性等特点。改善TiO2光阳极的性能对提高染料敏化太阳能

5、电池的光电转换效率是十分重要的。本论文主要从优化TiO2光阳极的结构出发，提高光阳极薄膜的光吸收能力和电子传输速率，进一步提高DSSC的光电转换效率。具体研究内容如下：（1）Au/Ag纳米粒子/线表面等离子共振增强双层膜DSSC光电性能研究。采用水热法制备了二维TiO2纳米片、三维TiO2微球和三维TiO2空心球，通过刮刀法制备了新颖的双层TiO2薄膜。其中，底层为连接层，由含有小晶粒尺寸的锐钛矿型TiO2纳米颗粒组成。顶层为多功能层，包括微球、空心球、P25和纳米片。引入了Au/Ag纳米结构到TiO2光阳极薄膜顶层中，并应用于D

6、SSC。系统地探究了金纳米粒子（AuNP）、银纳米粒子（AgNP）、金纳米线（AuNW）和银纳米线（AgNW）的掺入对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。研究结果表明，Au/Ag纳米结构的掺杂使得电池的能量转换效率均有所提高。基于TiO2-AgNW光阳极薄膜的电池有最高的能量转换效率（PCE，η）为5.74%，短路电流密度I-2-2sc为13.02mAcm，相对于纯电池（4.58%，11.83mAcm）来说，能量转换效率有25.3%的提高。Isc和η提高的主要原因是：提高的电子传输速率；局部表面等离子体共振（LSPR）效应引起的光吸

7、收和光散射的进一步的提高。（2）性能增强的TiO2纳米棒阵列/纳米片-微球双层膜DSSC。采用水热法制备了一维TiO2纳米棒阵列、二维TiO2纳米片和三维TiO2微球，通过刮刀法制备了新颖的TiO2纳米棒阵列/纳米片-微球双层光阳极薄膜，并应用于DSSC中。探究了TiO2纳米片与微球的质量百分比对电池光电性能的影响。研究结果表明，当TiO2纳米片的质量百分比为50%时，电池表现出较好的光电性能，光I电转换效率为1.71%。这是因为纳米片含量为50%的电池具有较好的光吸收特性，较小的载流子复合速率以及较快的电子传输速率。本论文制备了

8、两种不同结构的双层TiO2光阳极薄膜，并应用于染料敏化太阳能电池。探究了双层光阳极薄膜的结构、成分、形貌等对电池光伏性能的影响。本论文将为双层TiO2光阳极薄膜在DSSCs中的应用提供新的研究依据。关键词：水热法TiO2纳米结构Au/Ag表面等离子