反胶团微乳液法制备染料敏化太阳能电池光电极TiO2薄膜

摘要

染料敏化太阳能电池(DSC)是一种新型的光电化学太阳能电池，与半导体太阳能电池相比，具有成本低、制备工艺简单、环境友好等优点，引起各国研究者的广泛的关注。染料敏化TiO2多孔薄膜光电极是DSC的核心部分，国内外关于DSC光电极TiO2薄膜的制备方法主要有：溶胶凝胶法、水热合成法、粉末涂敷法、电化学沉积法等多种方法。这些制备方法主要存在两个问题：(1)很难控制纳米颗粒团聚，难以获得高分散的纳米颗粒；(2)获得高纯度的锐钛矿型纳米TiO2的工艺比较复杂。因而研究一种工艺简单、颗粒分散性好、能有效避免常规方法难以获得高纯度的锐钛矿型纳米TiO2的缺陷的方法，非常具有理论和实际意义。
　　本文主要研究了四氢呋喃(THF)改性 CTAB/水/正丁醇/环己烷的反胶团微乳液体系制备非晶态TiO2多孔薄膜，及其作为DSC光电极薄膜的光电性能。探讨了所采用的CTAB/水/正丁醇/环己烷反胶团微乳液体系各参数，如反应物浓度、表面活性剂分子膜柔性、反应温度和颗粒熟化，对非晶态TiO2多孔薄膜的微观结构形态和光电转换性能的影响；以及 THF对CTAB/水/正丁醇/环己烷微乳液体系的改性作用机理和对非晶态TiO2多孔薄膜的微观结构形态和光电转换性能的影响。研究结果表明：以水/环己烷/CTAB/正丁醇/THF为1:4:0.6:0.6:2.7～5.4的质量比例混合成五组分微乳液，“钛源”/水的体积比为1:1，将所制备的TiO2胶体前驱液熟化10天，所制备的纳米非晶态TiO2多孔薄膜微观结构为最佳状态，光电转换性能较好。THF对水/环己烷/CTAB/正丁醇反胶团微乳液体系制备 TiO2多孔薄膜的改性机理的探究发现，THF的作用在于：在水解前，将微乳液中作为微型反应器的反胶团先行分散，避免了常规微乳液体系中因胶团的数量和浓度通常较大，而引起的反胶团聚集；在水解反应后，能够使水合TiO2颗粒保持有一定的距离，可以避免在干燥烧结过程中因距离太近而造成薄膜破裂等不良后果。
　　为了证明非晶态TiO2薄膜用于DSC是个有效的组件，本研究用DSC光电极薄膜常用制备方法之一——粉末涂敷法,制备出晶态的纳米TiO2多孔薄膜光电极。比较分析了非晶态TiO2薄膜与纳米晶TiO2薄膜的微观性能，以及两者作为光电极的光电转换性能的异同。研究结果表明：THF改性的反胶团微乳液体系制备出均匀非晶态 TiO2薄膜，薄膜中 TiO2颗粒呈完整球形、粒径分布均匀、平均粒径为20nm，其能像用P25粉体制备的纳米晶态薄膜一样，颗粒相互连接形成网络结构，得到多孔薄膜，能满足DSC光电极材料高比表面积和多孔性的要求。把这种非晶态TiO2薄膜应用于DSC，其光电转换效率达到4.68％；在同样的测试条件下，其与用P25纳米晶粉体制备的光电极薄膜的光电转换效率4.65%相当，改善了非晶态TiO2薄膜作为DSC光电极材料的低效状况，证明了本研究制备的非晶态TiO2薄膜能有效地用于DSC。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1染料敏化太阳能电池

1.2染料敏化太阳能电池光电极TiO2薄膜

1.3 TiO2多孔薄膜的制备方法

1.4微乳液

1.5反胶团微乳液法制备无机纳米材料

1.6 本课题研究的意义及内容

2 实验与研究方法

2.1实验原料与设备

2.2实验方法

3非晶态TiO2多孔薄膜的制备及其影响因素

3.1反胶团微乳液体系对TiO2多孔薄膜微观结构形态的影响

3.2 THF对TiO2多孔薄膜结构形态的影响

3.3 本章小结

4 非晶态TiO2多孔薄膜光电极性质研究

4.1 反胶团微乳液体系对纳米非晶态 TiO2多孔薄膜光电转换性能的影响

4.2 THF对纳米非晶态TiO2多孔薄膜光电转换性能的影响

4.3 非晶态TiO2薄膜光电极与纳米晶TiO2薄膜光电极性质的比较

4.4本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录