用作染料敏化太阳能电池光阳极粉体原料和模板的制备

摘要

染料敏化太阳能电池的一个重要部分是半导体薄膜光阳极，目前使用最多的是由纳米TiO2粒子组成的多孔薄膜结构，该薄膜具有孔隙率高、表面积大、与介质反应充分、制备工艺简单等优点，是目前光阳极研究的主流。然而，该薄膜中纳米粒子排列无序、颗粒之间连接性差、电子传输阻力大、影响了光电转化效率，通过制备高度取向的纳米阵列结构薄膜，可以缩短电荷在材料中的传输路径，从而提高光阳极效率。本课题以制备新的电极结构为目的，研究了氧化锌、氧化钛的纳米粉体的制备方法，并对其在水溶液中的分散进行讨论；针对高纯铝片阳极氧化制备出的通孔氧化铝模板，固有的结构性能较差，造成在脱模和转移过程中很容易破损，在后续利用过程中，可操作性较差，难以进行大面积应用的问题，本实验在导电玻璃上溅射铝膜，利用阳极氧化法制备了无需转移的AAO模板，对氧化膜孔径和孔间距的影响因素进行了研究，并对氧化机理进行了分析。
　　 采用均匀沉淀法制备氧化锌纳米粉体，研究所制备粉体的晶型、粒度和形貌，并用透射电镜照片和X射线衍射图谱对这些结果进行表述，还讨论了合成等轴氧化锌纳米粒子的机制，结果表明随着HMT：Zn(NO3)2比例的增加，氧化锌的沉淀由薄片状变为板状，晶型变得明确，是六角纤锌矿结构。
　　 以钛酸丁酯为原料，采用水热合成的方法制备纳米氧化钛粉体，研究了水热保温温度和保温时间对最终产品晶型和粒度的影响。得到的结果是随着保温温度的提高，粉体颗粒的粒径增大，晶核发育完整；随着保温时间的延长，颗粒的粒径也是增大的。
　　 采用磁控溅射的方法在导电玻璃的导电面镀铝，并以此铝层进行阳极氧化制备多孔氧化铝模板，选取磷酸和草酸作为电解液，结果表明以草酸为电解液得到了有序度较好、孔径大的氧化铝模板，磷酸作为电解液，在180V的氧化电压下得到了无序的氧化铝模板，140V氧化电压下得到的模板质量稍好。
　　 本文还研究了氧化钛纳米粒子在水溶液中的分散，讨论了分散条件pH值和分散剂对分散的影响，得到的结果是在pH=10附近，悬浊液分散的稳定性较好。添加分散剂后分散效果变好，六偏磷酸钠的最佳用量为二氧化钛质量的3％，PAA的最佳用量为2％，还对分散剂的分散原理做了说明。