基于二氧化钛纳米材料的染料敏化太阳能电池改进

【摘要】： 本论文研究了不同类型TiO_2纳米材料(纳米颗粒、纳米管和纳米带)的光转换效率及其它特性。这些纳米材料是通过溶胶凝胶法、水热法和阳极氧化法合成得到,它们形貌上的差别取决于它所采用的合成方法。材料的表征主要通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)来完成。由这些TiO_2纳米材料组装成的染料敏化太阳能电池(DSSC),其光电转换参数是利用1.5 AM的太阳模拟器(Oriel91192)测量得到。 利用溶胶凝胶法制备了TiO_2纳米颗粒,并比较了制备过程中有无表面活性剂对结果的影响。在实验中发现,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)可控制粒径的大小。分析了这些纳米颗粒的大小、粒径的分布和相的组成,结果表明,在不添加表面活性剂和添加PVP表面活性剂的情况下,样品出现不同金红石相浓度的二元相结构。测量了样品对甲基橙的光催化性质,并与公司产TiO_2作了对比。结果表明,以PVP作为表面活性剂制备时,样品的降解效率最高,而以CTAB作为表面活性剂时,降解效率最低。二元混合相的样品比纯锐钛矿相具有更高的降解效率。这可能是因为金红石相和锐钛矿相之间的协同作用效应增强了电子空穴对的分离,导致提高了样品的光催化活性。样品N-TiO_2、CTAB-TiO_2、PVP-TiO_2和Com.TiO_2的总转换效率分别为2.81%、1.57%、0.09%和1.21%。比较由这些纳米颗粒组成的染料敏化太阳能电池时可明显发现,当电池是由不添加表面活性剂所制得的TiO_2纳米颗粒(N-TiO_2)组装时,它比其它组装电池有着更高的短路电流值(I_(SC))和总转换效率。这是因为它具有高比表面和多孔结构,使得更多的敏化染料能够储存在电极中,从而增强了捕获光的能力。 通过水热法,利用粒径约为50-400nm的商用锐钛矿相纳米颗粒和NaOH合成了TiO_2纳米管和纳米带。发现水热合成的温度和反应时间对最终产物的形貌有着强烈的影响。当合成温度固定在180度时,样品的形貌会随着反应时间(5-72h)发生变化。当反应时间在5-20h时,会得到外径约为100nm的空心纳米管。当反应时间为72h时,会得到由纳米带组成的纳米束,这些纳米带的宽度约为50-500nm之间,长度约为几个微米。实验结果还表明,由不同反应温度(135℃-195℃)和反应时间下得到的样品,在特定温度下通过不同的反应时间,可发生由纳米管向纳米带的转变。当染料敏化太阳能电池(DSSC)是由这些TiO_2纳米管、纳米带和两者的混合体所组装时,它们的转换效率分别为0.03%、0.02%和0.21%。与纯纳米管或纯纳米带相比,两者混合体组装电池有着最高的转换效率和更优的开路电压(V_(OC))和短路电流(I_(SC))。 合成了自组装TiO_2纳米管阵列,并研究了合成中NH_4F浓度对其维度(长度、直径和厚度)的影响。结果表明,NH_4F浓度强烈影响着纳米管的维度。纳米管的长度随着浓度的增加会逐步增加,当浓度增到1.00 wt%时,长度达到最大值。继续增加浓度时,其长度会缓慢减小。同时也观察到纳米管的直径和壁厚也会受到NH_4F浓度的影响,当浓度增加时,直径会在80-140nm间变化,壁厚会减小。 制备了由自组装纳米管阵列组成的染料敏化太阳能电池(DSSC),这些纳米管阵列分别生长在包覆有厚度为400nm导电玻璃的钛膜和6μm厚的钛箔上。它们的转换效率分别为0.43%和0.89%。研究发现,为了提高电池的效率,必须通过增加纳米管阵列电极的厚度来获得更多的染料数目。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 二氧化钛 纳米颗粒 纳米管 阳极氧化 光催化活性
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• Introduction11-13
• 1 Theoretical background13-41
• 1.1 Nanomaterials13-26
• 1.1.1 Properties and applications14-17
• 1.1.2 Synthesis techniques17-20
• 1.1.3 Characterization of nanomaterials20-26
• 1.2 Titanium dioxide(TiO_2)26-28
• 1.3 Dye sensitized solar cells(DSSC)28-38
• 1.3.1 Operating principle of the DSSC29-31
• 1.3.2 Film morphology effect31-32
• 1.3.3 The sensitizer32-34
• 1.3.4 DSSC performance34-38
• References38-41
• 2 Sol-gel synthesis of TiO_2 nanoparticles with different surfactants and their photocatalytic activity41-53
• 2.1 Introduction41-42
• 2.2 Experimental materials and methods42-43
• 2.2.1 Materials42
• 2.2.2 Preparation of TiO_2 nanoparticles42
• 2.2.3 Characterization42-43
• 2.2.4 Photocatalytic activity measurements43
• 2.3 Results and discussion43-50
• 2.3.1 Characterization results43-47
• 2.3.2 Photocatalytic activity results47-50
• 2.4 Conclusion50-52
• References52-53
• 3 Synthesis of titanate nanotubes and their transformation into nanoribbons53-63
• 3.1 Introduction53-54
• 3.2 Experimental materials and methods54-55
• 3.2.1 Preparation of titanate nanotubes54
• 3.2.2 Characterization54-55
• 3.3 Results and discussion55-61
• 3.4 Conclusion61-62
• References62-63
• 4 Self-organized TiO_2 nanotubes with controlled dimensions by anodic oxidation63-75
• 4.1 Introduction63-64
• 4.2 Experimental materials and method64
• 4.2.1 Synthesis of self-organized TiO_2 nanotubes64
• 4.2.2 Characterization64
• 4.3 Results and discussion64-72
• 4.4 Conclusion72-73
• References73-75
• 5 Application of TiO_2 nanomaterials in DSSCs75-87
• 5.1 Introduction75-76
• 5.2 Experimental materials and methods76-77
• 5.2.1 Preparation of TiO_2 electrode76
• 5.2.2 dye-sensitized solar cells assembly and characterization76-77
• 5.3 Results and discussion77-84
• 5.3.1 DSSC based on TiO_2 nanoparticles77-79
• 5.3.2 DSSC based on titanate nanotubes and nanoribbons79-82
• 5.3.3 DSSC based on self-organized TiO_2 nanotubes82-84
• 5.4 Conclusion84-86
• References86-87
• 6 Conclusion87-89
• Publications89-90
• Acknowledgment90

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

电解液组分对阳极氧化法制备TiO_2纳米管的影响    肖鹏;戴洪法;张云怀;

La~(3+)掺杂TiO_2纳米纤维的制备、表征与光催化性能    吴宁;魏取福;焦亚男;高大伟;

二氧化钛纳米管阵列的二次阳极氧化制备    余青青;储成林;林萍华;盛晓波;郭超;董寅生;

TiO_2一维纳米材料及其纳米结构的合成    张毓芳;张正国;方晓明;

阳极氧化TiO_2纳米管阵列的制备与掺杂    管东升;方海涛;逯好峰;孙涛;李峰;刘敏;

二次阳极氧化技术的理论依据及其局限性    朱绪飞;韩华;戚卫星;路超;蒋龙飞;段文强;

TiO_2纳米管阵列的电化学构筑    叶美丹;宫娇娇;林昌健;

新型掺杂二氧化钛纳米管光催化材料的制备及其光催化性能的研究    刘海津

低维TiO_2基可见光催化剂的合成及应用研究    于爱敏

基于Ti基底上TiO_2纳米管阵列的生长及性能研究    党铭铭

TiO_2纳米管薄膜的制备及其光电化学性能的研究    吴晓萌

二氧化钛纳米带异质结构的制备及其光催化性能研究    堵国君

非金属掺杂与纳米多孔WO_3的制备及其光解水活性研究    王旋

染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其光—电化学性能的研究    罗佳

氧化钛基复合纳米管的制备与氢敏特性    白硕

不同形貌一维Ti-O纳米材料的制备与表征    王厚山

柱撑四钛酸复合材料的制备、表征及光催化性能研究    李斌

TiO_2/MnTiO_3复合纳米管的光谱学性能研究    谢超飞;张华荣;

制备均一形貌的长二氧化钛纳米管    张青红,高濂,郑珊,孙静

室温合成金红石TiO_2及其在染料敏化太阳能电池中的应用(英文)    刘佳;杨浩田;张敬波;周晓文;林原;

二氧化钛纳米管的氢敏特性(英文)    姬颖敏;唐子龙;张中太;周志刚;

纳米TiO_2的制备表征及其光催化性能研究    徐惠,王毅,苟国俊,翟钧,曲晓丽,史建新

改良式真空潜弧系统制备TiO_2纳米流体    张合;高木荣;卓清松;林鸿明;林诗杰;

锐钛矿相TiO_2纳米棒状晶体的水热合成    付三玲;张伏;韦志仁;

TiO_2纳米管的制备及光催化性能    季文;黄英;牛芳芳;

二氧化钛纳米管阵列制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    焦星剑;林红;李思钊;李建保;

液相激光烧蚀合成TiO_2纳米颗粒及其XPS研究    刘培生;蔡伟平;罗向东;曾海波;景为平;徐炜炜;

二氧化钛纳米管理论研究    刘昊;谭凯;

阳极氧化法制备TiO_2纳米管机理及有机电解液应用    朱伟庆;王树林;

载Ag二氧化钛纳米管的制备、表征及光催化性能研究    李海龙;罗武林;陈涛;田文宇;孙茂;黎春;赵宇亮;刘春立;

多重射流燃烧合成SnO_2/TiO_2纳米复合颗粒    刘杰;胡彦杰;李春忠;顾锋;

二氧化钛纳米粒子对胺类化合物光催化降解的研究    董睿;姜继森;

TiO_2纳米管的合成机理研究    王芹;翁履谦;徐国跃;王秀华;胡永芳;台国安;

二氧化钛纳米颗粒生长蝌蚪形碳纳米管    张莉莉;侯鹏翔;刘畅;成会明;

聚吡咯纳米管电流变液的流变学性能研究    夏翔;尹剑波;赵晓鹏;

二氧化钛纳米颗粒对大鼠膝关节的损伤    王江雪;高玉;樊瑜波;董霖萌;

二氧化钛纳米管的合成及其表征    张云怀;肖鹏;卢露;

2004年二氧化钛市场将出现强劲反弹    

纳米颗粒可从海藻中“吸”油    钱伯章

纳米颗粒是不是夺命凶手？    本报首席记者 任荃

纳米颗粒是无名杀手?    周凯莉

以色列制备纳米管    

制备纳米管随心所欲    田学科

肿瘤纳米药物研究取得重要进展    记者 白毅

氧化锌纳米颗粒杀菌分子机理取得新进展    记者魏公铭

直接构筑C60纳米管首获成功    记者李晓岩

世界二氧化钛市场恢复性增长    文欣

二氧化钛纳米颗粒的细胞生物学效应及其在乳腺癌治疗中的应用    王艳丽

基于二氧化钛纳米材料的染料敏化太阳能电池改进    Ammar Elfatih A.Elsanousi

复合荧光二氧化硅纳米颗粒的制备及其在生物分析和光催化降解中的应用    谢春娟

光子晶体用纳米颗粒的制备改性自组装及其光学性能    程冰

常压等离子体聚合共轭聚合物荧光纳米颗粒的研究    杨平

新型光学—磁性纳米生物材料的液相合成、表征及性质研究    任翠领

Fe_3O_4纳米颗粒的制备、修饰与细胞转染研究    陶可

尺寸形貌可控磁性纳米粒子的制备及表征    李芳

面向磁共振成像应用的Fe_3O_4纳米颗粒/团簇的可控制备    程昌明

纳米颗粒与环境水结构对蛋白质构象影响的分子动力学模拟研究    左光宏

含卤素离子电解液中TiO_2纳米管的阳极氧化制备及其机理    程伟

非金属掺杂TiO_2纳米管的合成、表征和光催化性能研究    耿家青

多尺度二氧化钛纳米颗粒的生物学效应研究    羊富光

纳米颗粒在振动流化床中的聚团流态化研究    王辉

金纳米颗粒大小和覆盖率对GOD结构和生物活性影响研究    王国军

二氧化钒纳米颗粒薄膜的金属—半导体相变    刘玲玲

磁场协助作用下非磁性纳米颗粒的流态化    章锋

基于二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究    海罗

双层TiO_2复合膜染料敏化太阳能电池的制备与性能增强    李清林

新型光学纳米颗粒在光学生物成像和太阳能电池中的应用    陈丽丽