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《天津理工大学》 2010年
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多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究

周亭  
【摘要】:近年来,TiO_2在光催化及染料敏化太阳能电池(Dye-sensitised Solar Cell,简称DSC)中的应用引起了人们的广泛关注。但是,由于TiO_2存在着量子效率低,对太阳光的利用率小等缺点,使其在实际中的应用受到了很大限制。本文以聚苯乙烯(polystyrene,PS)球为模板,制备了多孔TiO_2薄膜,并进一步对薄膜进行了Cu_2O修饰,将薄膜的光吸收范围拓展至可见光区;研究了薄膜的结构以及修饰前后薄膜的光催化性能。通过丝网印刷法制备了锐钛矿型的多孔TiO_2薄膜电极,研究了光阳极的结构以及表面改性对DSC性能的影响。具体工作如下: 以粒径约为100nm的PS球为模板,通过先浸渍提拉TiO_2溶胶,后经550℃热处理分解聚苯乙烯球的方法得到多孔TiO_2薄膜。在不同的光源照射下,进行了光催化降解亚甲基蓝实验;对多孔TiO_2薄膜进行了Cu_2O修饰,比较了修饰前后的薄膜对亚甲基蓝的光降解效率。研究结果表明:薄膜的孔径与模板PS球的粒径一致;多孔薄膜随着膜厚的增加,结构更加规则有序,光降解效率逐渐增加;而不具有多孔结构薄膜的光降解效率则随着膜厚的增加而减小;多孔薄膜在紫外光照射下比在模拟太阳光照射下的光降解效率高;经过Cu_2O修饰的多孔TiO_2薄膜在模拟太阳光照射下的光降解效率有所增强,而在紫外光照射下的光降解效率则减小。 将PS球微乳液与TiO_2溶胶按体积比1:2的比例均匀混合后,烧结制得TiO_2粉末,再采用丝网印刷法在导电玻璃基底上制备多孔TiO_2纳米晶薄膜电极,组装DSC。研究了多孔TiO_2纳米晶薄膜电极的形貌、TiCl_4处理、膜厚以及金属离子的掺杂对DSC性能的影响。研究结果表明:多孔TiO_2纳米晶薄膜电极呈规则的蜂窝状结构,这种结构有利于染料的吸附和电子传输,其光电性能比用商用P25粉末制备电极组装的DSC性能要好;使用TiCl_4处理能使DSC的光电性能产生显著的提高;以Ca~(2+),Mg~(2+),Zn~(2+),Sn~(4+)掺杂可以提高DSC的光电性能,而Al~(3+)的掺杂使电池的光电转化效率减小。
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