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纳米TiO_2的合成及其光电性能研究

邓敏  
【摘要】: 本论文综述了纳米TiO_2的制备和其在染料敏化太阳能电池和光催化降解中的应用。提出了通过溶胶凝胶-提拉-烧结的方法来制备纳米TiO_2,在此基础上,将制备的TiO_2通过敏化组装成太阳能电池并进行了性能测试;研究了在TiO_2表面沉积一层Pt,其作为光催化剂的光降解性能。 在FTO上合成了纳米TiO_2薄膜,并把它制备成染料敏化太阳能电池。对纳米TiO_2粒子进行XRD检测表明纳米TiO_2粒子晶型主要为锐钛矿结构和少量的板钛矿;用SEM、AFM进行了表征,纳米TiO_2粒子的尺寸为20.9nm。对TiO_2电极的吸附性能进行了测定,结果表明,在TiO_2溶胶浓度不变的情况,烧结温度为450℃,烧结时间为90min,吸附时间为12h时,吸附效果最好。在最佳条件下,对不同厚度的TiO_2电极进行了光电流测试,其中,在为2层厚度时(900nm左右),效率最高,其中开路电压为0.7V,最大短路电流为1.8mA,效率为1.28%。 将制备的纳米TiO_2表面沉积了一层Pt,得到了Pt/TiO_2催化电极。对纳米TiO_2粒子进行XRD检测表明纳米TiO_2粒子晶型主要为锐钛矿结构和少量的板钛矿;研究了在日光照射下Pt/TiO_2薄膜对甲基橙的光催化性能。结果表明:热分解H_2PtCl_6形成最好的膜的浓度为2.5×10~(-4)mol/L分解率是65%。当甲基橙的浓度为3×10~(-5)mg/L时,Pt/TiO_2薄膜比TiO_2薄膜的光催化性能提高了12%。说明了Pt/TiO_2薄膜之间所形成的肖特基势垒对光催化性能的提高有显著的效果。 采用超声雾化热解法在FTO上制备了TiO_2薄膜,采用了X射线衍射(XRD)对TiO_2薄膜进行了表征,研究了各种生长条件如前驱体浓度、衬底温度、喷雾距离和掺杂对微观结构的影响。确定了最佳的工艺参数:前驱体浓度为1×10~(-5)mol/L,衬底温度为450℃,喷雾高度为15cm,喷雾时间为120min,最后将制备的薄膜在450℃条件下保温60min。采用此参数可得到均匀、致密的薄膜。研究了TiO_2薄膜的吸附性能及其光电转换性能,在最佳条件制备的TiO_2薄膜的吸附量为7.5×10~(-7)mol/cm~2,最大开路电压为0.7V,最大短路电流为3.76mA,效率为2.4%。对TiO_2薄膜掺杂改性进行了研究。研究表明,不同禁带宽度的物质的掺杂会引起光电效率的变化,通过添加宽禁带的ZnO发现,太阳能电池各个方面都有不小的提高,其中光电效率达到了3.9%,是一种良好的添加剂。通过添加窄禁带的CdO发现,该物质的添加对结果没有起到提高的作用。


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