CdS量子点敏化透明TiO纳米管阵列光阳极材料的制备和性能研究

摘要

太阳能电池作为一种清洁无污染的新能源技术而备受关注。本文对太阳能电池的发展历史，太阳能电池的分类、结构及原理、发展状况及存在的问题等进行了综述，其中染料敏化TiO2太阳能电池可望在现有太阳能电池基础上大幅度降低成本，但是由于其禁带宽度较大(3.2 eV)，使其只能吸收紫外光，导致其转换效率较低，因此要对其进行敏化，以提高其转换效率。本文提出了用CdS量子点敏化透明TiO2纳米管阵列薄膜太阳能电池的设想。首先采用阳极氧化法在ITO导电玻璃上制备透明的TiO2纳米管阵列电极，然后采用连续离子层沉积法在TiO2电极上沉积CdS量子点，制备CdS量子点敏化TiO2光阳极，并组装电池对其进行性能测试和表征。主要研究内容和结果如下：
　　 1、采用磁控溅射法在ITO玻璃上沉积高质量的金属Ti膜，然后在NH4F的乙二醇溶液中进行阳极氧化，再经热处理，制备出透明TiO2纳米管阵列。分析了Ti膜制备和阳极氧化工艺参数对TiO2纳米管阵列形貌和性能的影响。结果表明：在300℃、功率为150W、0.5Pa氩气分压下沉积1h，能够得到致密、均匀、与基板结合紧密的Ti膜；阳极氧化电压为40V，电解液组成为0.3wt％NH4F、lvol％H2O的乙二醇溶液，热处理温度为450℃，热处理时间2h，能够制备出90～100nm，管壁为20nm左右，管长为1.67μm的透明的锐钛矿型TiO2纳米管阵列电极。
　　 2、采用连续离子层沉积法，以Cd(NO3)2、Na2S为Cd2+、S2-的离子源，在不同溶剂中制备CdS量子点敏化TiO2光阳极。分析了溶剂和循环沉积次数对制备光阳极性能的影响。结果表明：以乙醇、甲醇/水为溶剂，能够增大TiO2纳米管对CdS的吸附能力，沉积的CdS量子点的尺寸为5～10nm，在(110)晶面有结晶取向，经4次循环沉积，CdS量子点敏化TiO2纳米管光阳极的转换效率最高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2太阳能电池的发展史

1.3太阳能电池的分类

1.3.1硅太阳能电池

1.3.2无机化合物半导体薄膜电池

1.3.3功能有机高分子薄膜太阳能电池

1.3.4敏化纳米晶太阳能电池

1.4敏化纳米晶太阳能电池的研究现状

1.4.1光阳极的研究现状

1.4.2敏化剂的研究现状

1.4.3电解质的研究现状

1.4.4对电极的研究现状

1.5论文的选题思想和主要内容

第2章实验方法及步骤

2.1实验方案

2.2实验药品及设备

2.3实验步骤

2.3.1基片的清洗

2.3.2金属Ti膜的沉积

2.3.3透明TiO2纳米管阵列薄膜的制备

2.3.4 CdS量子点敏化TiO2纳米管光阳极的制备

2.3.5电解液的配制及电池的组装

2.4样品分析测试方法

2.4.1 X射线衍射(XRD)

2.4.2透射电镜(TEM)

2.4.3扫描电子显微镜(SEM)

2.4.4紫外可见光谱(UV-vis spectrum)

2.4.5光电化学特性测试

第3章阳极氧化法制备透明TiO2纳米管阵列薄膜

3.1结果与讨论

3.1.1溅射过程中参数的确定

3.1.2阳极氧化电压对TiO2纳米管形貌的影响

3.1.3电解液的浓度对TiO2纳米管形貌的影响

3.1.4电解液中水的含量对TiO2纳米管形貌的影响

3.1.5热处理对TiO2纳米管的影响

3.2阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列的机理讨论

3.3小结

第4章Cds敏化TiO2纳米管的制备及其性能研究

4.1实验步骤

4.2结果与讨论

4.2.1 CdS/TiO2的SEM分析

4.2.2 CdS/TiO2的EDS分析

4.2.4 CdS/TiO2的TEM分析

4.2.3 CdS/TiO2的XRD分析

4.2.5 CdS/TiO2的Uv-vis分析

4.2.6 CdS/TiO2的光电性能

4.3小结

第5章结论

参考文献

致谢

附录：攻读硕士期间发表及待发表的论文