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《内蒙古师范大学》 2011年
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二氧化钛纳米棒薄膜材料及其太阳电池的溶胶—凝胶制备与光催化活性的研究

那日苏  
【摘要】:进入二十一世纪以来,利用无污染的太阳能成为人们解决能源危机和环境污染问题的一条重要途径。将太阳能转化为电能的太阳能电池成为科学家们研究的热点。二氧化钛(TiO2)具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本和无毒等特性,在光催化、杀菌、制备染料敏化太阳能电池等方面被广泛应用。由于TiO2其禁带宽度较大(3.2eV),使其只能吸收太阳光中的紫外光部分,导致其太阳电池的转化效率较低,因此要对其进行敏化,提高其光电转化效率,更加有效的利用太阳能。 本文采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法和旋转涂膜工艺制备纳米TiO2薄膜及其纳米棒材料并对其进行敏化和电池的组装,研究了以罗丹明-B为染料,配制成敏化剂来敏化二氧化钛(TiO2)纳米棒薄膜,敏化处理后得到正电极,再加上用石墨制备的反电极后,滴加电解液,即可得到染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池(NPC)。对所制备的样品进行了XRD、紫外-可见光谱和扫描电镜等测试分析,表征了其光学特性和光催化活性能。 1.钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4).无水乙醇(C2H5OH)、冰醋酸(CH3COOH)和盐酸(HC1)等为原料,按照一定比例制备了混合液,在空气中放置24小时后,在空气中500℃下恒温热处理30min、涂膜次数为4次,制备出了TiO2薄膜。通过XRD分析表明,热处理温度是影响纳米TiO2粒子平均晶粒尺度和晶型结构的主要因素,当热处理温度为500℃时,样品呈锐钛矿相,平均晶粒尺度为8.14nm。 2.钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4)、无水乙醇、聚乙二醇(PEG)、冰醋酸和盐酸等为原料,按照一定比例制备了混合液,先将混合液在75~80℃下恒温60min,再在空气中放置24小时后,涂膜次数为4次,制备出了TiO2薄膜,然后将TiO2纳米薄膜在空气中500℃热处理30min即可。在此条件下制备了TiO2纳米薄膜。实验结果发现,所制备的TiO2纳米薄膜为纳米棒薄膜材料,且为锐钛矿相结构。TiO2纳米棒的直径约为30~50nm,长度约为100~200nm之间。添加PEG(1000)的纳米棒薄膜上出现了一些小孔,孔径范围约为20~50nm之间。 利用甲基橙溶液检验TiO2纳米棒多孔结构薄膜的光催化活性,研究PEG添加量不同时甲基橙溶液对纳米TiO2薄膜光催化活性的影响。在二氧化钛混合溶液中,分别对没有添加PEG(1000)和添加0.30g制备纳米TiO2薄膜(涂膜4次)。实验结果表明:添加PEG(1000)后的纳米二氧化钛薄膜材料其透射光谱对可见光的吸收峰值增高,且光催化性能增强,在90min内添加PEG(1000)的TiO2纳米棒多孔薄膜对甲基橙的脱色率为19.90%,而没有添加PEG(1000)的纳米TiO2薄膜对甲基橙的脱色率为14.11%,这是因为多孔结构提高了光的吸收和利用率。 3.以罗丹明-B为染料,配制成敏化剂来敏化TiO2纳米棒薄膜,敏化处理后得到正电极,再加上用石墨制备的反电极后滴加电解液,即可得到染料敏化纳米晶光电化学太阳能电池(NPC)。研究结果表明:以罗丹明-B染料在波长为470nm~750nm的可见光范围内提高了TiO2纳米薄膜电极的吸收率。罗丹曲-B染料溶液对薄膜电极敏化24h对光的吸收达到最大值,但随着敏化时间的增加,薄膜电极对染料的吸附量达到饱和,从而会阻碍对光的吸收和利用率,然后组装成纳米棒二氧化钛染料敏化薄膜太阳能电池,测得其开路电压Voc为520mV。
【学位授予单位】:内蒙古师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914.4;O614.411

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【参考文献】
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