SnO2空心纳米球合成与表面修饰及光电性能研究

摘要

由于具有禁带宽度大(3.6eV)、电子迁移率高(100-200cm2V-1S-1)等优点，SnO2材料被广泛应用于气敏、光催化、太阳能电池、锂离子电池等方面。空心结构由于在催化、药物输送、气敏、锂离子电池方面得到了广泛的应用。分级空心纳米球结构可以在不降低比表面积的前提下提高光散射能力。基于SnO2光阳极的染料敏化太阳能电池有两大弊端：SnO2导带位置低，准费米能级与电解质氧化还原电势差小，使得开路电压小；SnO2导带中的电子与电解质复合快，暗电流大，导致短路电流小。因此如何对SnO2空心纳米球进行表面修饰来提高其光电性能成为了本文的重点。同时在本文中，我们设计了一种简单易行、不需要异质外延的两步水热法来制备异质结材料，并且不需要外加偏压就可以工作的紫外探测器。具体内容如下：
　　一、以牺牲α-Fe2O3实心球法水热制备得到纳米棒组成的SnO2空心纳米球分级结构。探索HCl浓度、水热反应时间对SnO2空心纳米球形貌的影响，并初步分析空心球形成机理。
　　二、将SnO2空心纳米球(HS-SnO2)作为散射层应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)，在100 mW/cm2太阳模拟光照射下，其光电转化效率(η)达到3.42％。相对于只有SnO2纳米晶(NP-SnO2)的DSSC，由于空心球的光散射，提高了光的利用率，使其短路电流(Jsc)提高了1mA/cm2,效率提高了27.1%。在HS-SnO2表面包覆锐钛矿相TiO2纳米片，得到微米级SnO2@TiO2-NS双壳结构，并应用于DSSC，相比于HS-SnO2，由于TiO2纳米片包覆HS-SnO2，能够抑制界面电子复合，使其器件的开路电压(Voc)与短路电流(Jsc)均有提高，光电转化效率(η)达到了3.22%，提高了1.94倍。
　　三、通过改变添加剂，在HS-SnO2表面包覆金红石相TiO2纳米片，制备出薄壳层的SnO2@TiO2-NS双壳结构。将HS-SnO2和SnO2@TiO2-NS应用于自供能紫外探测器，0 V偏压下，强度为1mW/cm2紫外光照射下，HS-SnO2探测器的最高短路电流是1.47μA，信号上升时间是1.1 s，衰减时间是0.3 s；由于电子在SnO2中迁移率高，使得响应更快速。在SnO2纳米空心球表面包覆金红石相TiO2纳米片后，形成晶格匹配的异质结结构，并且抑制电子复合，自供能紫外探测器响应电流6.751μA，信号上升时间30.6 s，下降时间2s。

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第1章 绪 论

1.1 前言

1.2 染料敏化太阳能电池器件构造

1.3 染料敏化太阳能电池工作原理

1.4 染料敏化太阳能电池的性能评价

1.5自供能光电化学紫外探测器的性能评价

1.6 SnO2纳米材料及其制备方法

1.7 SnO2纳米材料在染料敏化太阳能电池中的应用

1.8 TiO2纳米材料

1.9 研究目的及主要研究内容

第2章 实验仪器及步骤

2.1 实验仪器与化学药品

2.2 实验参数及步骤

2.3 材料的测试与表征

第3章 SnO2空心纳米球的合成及光电性能研究

3.1引言

3.2α-Fe2O3纳米实心球的制备

3.3 水热法制备SnO2空心纳米球

3.4 SnO2空心纳米球的光电性能研究

3.5 本章小结

第4章 SnO2@TiO2双壳结构制备及光电性能研究

4.1 引言

4.2 金红石相SnO2@锐钛矿相TiO2双壳结构的制备

4.3 金红石相SnO2@金红石相TiO2双壳球的制备及光电性能

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢