二氧化钛纳米阵列的制备及其在光伏器件中的应用

发布时间：2017-08-16 17:29

  本文关键词：二氧化钛纳米阵列的制备及其在光伏器件中的应用

  更多相关文章： 二氧化钛 纳米结构 水热法 阳极氧化法 染料敏化太阳能电池 三维非晶硅太阳能电池

【摘要】：二氧化钛(TiO_2)是一种宽禁带半导体材料,其金红石相、锐钛矿相和板钛矿相的禁带宽度分别为3.2eV、3.2eV和2.96eV,具有独特的光催化性能和光电性能,关于二氧化钛的研究已经成为目前能源与环境领域的研究热点之一。一维或二维的有序Ti02纳米阵列结构具有直接的电子传输通道,减少电荷传输过程中发生的复合,有利于提高太阳能电池的光电转换性能。本文着重研究四种有序Ti02纳米阵列结构的合成与形貌调控,并将其应用于染料敏化太阳能电池与三维非晶硅太阳能电池。本论文的主要工作如下：通过调控水热反应条件和阳极氧化电化学条件合成了多种新型的TiO_2纳米阵列结构系统研究了制备参数对纳米结构生成及形貌的影响,并探索了纳米结构的形成机理。采用水热反应法以钛酸四正丁酯/盐酸为反应体系,以掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃为反应基底,通过调控反应溶液盐酸含量、FTO基底种子层以及反应基底的放置方式,制备了不同形貌的Ti02纳米线阵列结构。采用水热反应法以钛酸四正丁酯/冰醋酸/硝酸银为反应体系,以FTO导电玻璃为反应基底,通过调控FTO基底种子层、硝酸银的含量以及热处理方法,制备了不同形貌的Ti02纳米薄片薄膜结构。采用阳极氧化法以氟化铵/乙二醇/水为电解液,钛片及镀钛的FTO为反应基底,通过调控电解液含水量、电极距离、反应电压,制备了不同形貌的TiO_2纳米管阵列结构和Ti02纳米互穿孔道阵列结构。将TiO_2纳米阵列结构应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)光阳极中,获得较好的光电转换性能。本文设计一种新型TiO_2纳米薄片-TiO_2散射层光阳极并制备DSSCs,相比传统P25材料制备的电池,效率提高了17%。以Ti02阵列薄膜结构为支架构建三维非晶硅薄膜太阳能电池,分析得出三维结构非晶硅薄膜的光吸收比平板结构非晶硅薄膜高出25%～100%。通过制备三维非晶硅薄膜太阳能电池并进行表征,探讨其可行性。
【关键词】：二氧化钛 纳米结构 水热法 阳极氧化法 染料敏化太阳能电池 三维非晶硅太阳能电池
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 概述9-10
• 1.2 TiO_2纳米阵列材料10-13
• 1.2.1 TiO_2晶体结构10-11
• 1.2.2 纳米材料特性11-12
• 1.2.3 TiO_2的材料特性12-13
• 1.2.4 TiO_2的能带结构13
• 1.3 TiO_2纳米材料的研究进展13-14
• 1.4 TiO_2纳米阵列的合成方法及其原理14-16
• 1.4.1 水热法制备TiO_2纳米阵列薄膜14-15
• 1.4.2 电化学法制备TiO_2纳米薄膜15-16
• 1.5 染料敏化太阳能电池16-18
• 1.6 非晶硅薄膜太阳能电池18-19
• 1.7 本课题研究内容及意义19-20
• 第2章 实验部分20-26
• 2.1 实验试剂与仪器20-21
• 2.2 TiO_2纳米阵列的制备21-22
• 2.2.1 基底处理21-22
• 2.2.2 TiO_2纳米阵列的制备22
• 2.3 DSSCs的制备22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 TiO_2纳米阵列的制备及表征26-44
• 3.1 TiO_2纳米线阵列的制备26-30
• 3.1.1 TiO_2纳米线阵列的制备26
• 3.1.2 盐酸含量对TiO_2纳米线阵列薄膜的形貌影响26-28
• 3.1.3 种子层对TiO_2纳米线阵列薄膜的形貌影响28-29
• 3.1.4 生长基底的放置方式对TiO_2纳米线阵列薄膜的形貌影响29-30
• 3.2 TiO_2纳米薄片薄膜的制备及表征30-34
• 3.2.1 TiO_2纳米薄片薄膜的制备30-31
• 3.2.2 种子层对TiO_2纳米薄片薄膜形貌的影响31-32
• 3.2.3 AgNO_3含量对TiO_2纳米薄片薄膜形貌的影响32-33
• 3.2.4 热处理条件对TiO_2纳米薄片薄膜形貌的影响33-34
• 3.3 基于不同基底阳极氧化法TiO_2纳米管阵列的制备及表征34-43
• 3.3.1 基于不同基底阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列的制备34
• 3.3.2 阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列的形成机理34-35
• 3.3.3 基于钛片基底制备TiO_2纳米管阵列35-37
• 3.3.4 基于ITO基底沉积钛膜制备TiO_2纳米互穿多孔薄膜37-38
• 3.3.5 电解液含水量对TiO_2互穿多孔薄膜形貌的影响38-40
• 3.3.6 电极距离对TiO_2互穿多孔薄膜形貌的影响40-41
• 3.3.7 电压对TiO_2互穿多孔薄膜形貌的影响41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 TiO_2纳米阵列在太阳能电池中的应用44-52
• 4.1 TiO_2纳米阵列在染料敏化太阳能电池中的应用44-48
• 4.1.1 DSSCs的制备44-46
• 4.1.2 TiO_2纳米薄片薄膜在染料敏化太阳能电池中的应用46-48
• 4.2 基于TiO_2纳米阵列的三维薄膜硅太阳能电池的构建48-51
• 4.2.1 基于TiO_2纳米阵列基底的三维薄膜硅太阳能电池的构建48-49
• 4.2.2 三维薄膜硅太阳能电池的构建及其可行性讨论49-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 结论与展望52-54
• 5.1 论文主要工作与结论52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果58-59
• 致谢59

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