多级结构TiO2的晶面、形貌调控及其光伏性能研究

摘要

TiO2光阳极膜是染料敏化太阳能电池(DSSC)的核心部分，光生电荷的分离和传输主要是在光阳极上进行的，因此光阳极材料的形貌、尺寸、多孔性、表面结构及其结构稳定性对DSSC性能起着决定性作用。理想的光阳极材料应尽可能具备以下特性:
　　 一、较高比表面积及较高活性晶面比率以获得较高染料吸附量;
　　 二、较高的结晶度及高效导电通道;
　　 三、宽范围光散射强度及宽度。由此，尽最大限度摄取太阳光及传导光电子。
　　 本论文主要针对这些目标，通过调控TiO2的晶面、形貌、结构、粒径和结晶度等因素来实现高光电转化效率。本文主要内容如下:
　　 (1)通过钛前驱体在HF和HAc介质中的溶剂热反应，制各出由暴露高比例(001)晶面的纳米片组成的分级结构锐钛矿TiO2球。球的大小和纳米片的密度可以通过控制HAc的剂量实现有效调整。与相同膜厚的单层纳米棒光阳极相比，以分级结构TiO2作为散射层的双层光阳极显示出极高的光电流密度和光电转化效率。其中，以2mLHAc合成的TiO2球(H2)为散射层的光阳极，由于具有较好的光散射效应及最小的TiO2/染料/电解液界面阻抗，所以DSSC的光电转化效率高达7.72％，相比单层纳米棒光阳极转化效率提高43％。
　　 (2)用异丙醇钛为前驱体和冰乙酸为溶剂制备出具有类单晶性质的纺锤状TiO2介晶。亚微米尺度的TiO2介晶展现出较高比表面积、良好光散射效应、较高结晶度及初级单元定向连所带来的高效导电通道，因而可以作为理想的光阳极材料。TiO2介晶的DSSC光电转化效率达到7.07％，比P25提高了27.8％。
　　 (3)以TiCl4为前驱体，HF为盖帽试剂，利用水热法制备了微米级暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2多面体单晶。基于TiO2单晶光阳极的DSSC具有较好光散射效应、较长电子寿命及较小电池内阻，光电转化效率为4.86％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 DSSC简介

1．3 DSSC的基本结构和工作原理

1．3．1 DSSC的基本结构

1．3．2 DSSC的工作原理

1．3．3 DSSC的主要性能参数

1．4 DSSC的研究现状及进展

1．4．1 光阳极材料的研究

1．5 本论文的研究目的和主要内容

第二章 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2分级结构球的合成及其光伏性能研究

2．1 前言

2．2 实验材料及设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备

2．3 实验过程

2．3．1 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2分级结构球的合成

2．3．2 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2分级结构球的DSSCs组装

2．3．3 样品表征方法及光伏性能测试方法

2．4 结果与讨论

2．4．1 不同尺寸TiO2分级结构球的样品表征

2．4．2 煅烧后TiO2分级结构球的样品表征

2．4．3 锐钛矿TiO2分级结构球作为散射层的DSSCs的光伏性能

2．5 本章结论

第三章 锐钛矿TiO2介晶的合成及其光伏性能研究

3．1 前言

3．2 实验材料及设备

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验设备

3．3 实验过程

3．3．1 锐钛矿TiO2介晶的制备

3．3．2 锐钛矿TiO2介晶的DSSCs组装

3．3．3 样品表征方法及光伏性能测试方法

3．4 实验结果与分析

3．4．1 锐钛矿TiO2介晶的表征

3．4．2 锐钛矿TiO2介晶的光伏性能

3．5 本章结论

第四章 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2单晶的合成及其光伏性能研究

4．1 前言

4．2 实验材料及设备

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验设备

4．3 实验过程

4．3．1 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2单晶的合成

4．3．2 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2单晶的DSSCs组装

4．3．3 样品表征方法及光伏性能测试方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2单晶的表征

4．4．2 暴露(001)晶面锐钛矿TiO2单晶作光阳极的DSSCs性能测试

4．5 本章结论

第五章 结论

参考文献

致谢

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