球形分级结构的新型制备方法、形成机理及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：球形分级结构(Sphere Hierarchical Structure)由于其优异的物理、化学性能,获得科研工作者的广泛关注。但目前球形分级结构的获得常常需要极端的工艺条件,且难以实现大量制备,从而限制了其应用。本文提出了一种新型的球形分级结构的制备方法并研究了其制备机理和应用,具体如下：1、提出了一种新型的球形分级结构的制备方法(polyethyleneglycol (PEG) modification followed by self-assembling PMSA)。研究了该方法的PEG分子量、用量等工艺参数调控,通过TEM、SEM等表征测试方法研究了其微结构特征,获得了TiO2、Fe2O3、ZrO2等具有球形分级结构的材料。2、研究了球形分级结构的形成机制。研究了PEG分子构型与制备条件的关联,提出了干法球磨导致的PEG在纳米颗粒表面的平铺分子构型的改变是形成分级结构的关键原因,并提出了球形分级结构的形成模型。3、研究了Ti02球形分级结构可能的应用。利用其优异的光散射性能研究了其在染料敏化太阳能电池领域的应用,实现了电池的光捕获性能和效率的提高；利用其表面微结构与荷叶表面形貌相似的特点,研究了其表面的超疏水性质。4、基于尖劈微结构的优异光捕获性能及在太阳能电池领域的应用前景,利用管道湿法腐蚀方法制备了新型的光纤和玻纤尖劈微结构,以其为模板通过微结构复制和转移,获得了PMMA等衬底表面的尖劈微结构。 【关键词】：球形分级结构 TiO_2 染料敏化太阳能电池 超疏水 尖劈微结构
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.4;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-13
• 1.1 研究背景10
• 1.2 问题的提出10
• 1.3 本文的工作10-11
• 参考文献11-13
• 第二章 氧化物球形分级微结构的研究现状13-29
• 2.1 球形分级结构的基本特征13
• 2.2 氧化物球形分级结构的制备方法13-18
• 2.2.1 模板法14-17
• 2.2.2 水热/溶剂热法17
• 2.2.3 其他制备方法17-18
• 2.3 球形分级结构在太阳能电池领域中的应用18-24
• 2.3.1 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理18-22
• 2.3.2 球形分级微结构提高染料敏化太阳能电池的原理与方法22-24
• 参考文献24-29
• 第三章 实验方法29-41
• 3.1 实验原料与试剂29
• 3.2 纳米颗粒的球磨与分散29-31
• 3.3 染料敏化太阳能电池的制备31-36
• 3.3.1 DSSC衬底处理32
• 3.3.2 TiO_2薄膜光阳极的制备32-33
• 3.3.3 染料的吸附33-34
• 3.3.4 溅射纳米金属铂制备对电极34
• 3.3.5 电池的封装34-36
• 3.4 形貌、结构、光电性能、亲疏水性能测试36-40
• 3.4.1 TiO_2膜材料漫反射谱和透射谱测试36
• 3.4.2 TiO_2薄膜厚度测量和表面形貌表征36-37
• 3.4.3 TiO_2材料的透射电镜以及能谱表征37
• 3.4.4 染料敏化太阳能电池的J-V曲线测量37-38
• 3.4.5 染料敏化太阳能电池的量子效率测量38-39
• 3.4.6 TiO_2膜亲疏水性能测试39-40
• 参考文献40-41
• 第四章 球形分级结构的无模板、室温条件通用制备新方法41-49
• 4.1 球形分级结构的PMSA制备工艺41-42
• 4.2 TiO_2球形分级结构的PMSA法制备与形貌表征42-45
• 4.2.1 PMSA法制备的TiO_2球形分级结构的形貌表征42-43
• 4.2.2 PMSA法制备的TiO_2球形分级结构的成分、结构测试43-45
• 4.3 其他氧化物球形分级结构的制备45-47
• 4.3.1 Fe_2O_3、ZrO_2球形分级结构45-46
• 4.3.2 多种混合氧化物HMOS的制备46-47
• 4.4 PMSA制备方法的优势47-49
• 第五章 PMSA方法中球形分级结构的形成机理探索49-63
• 5.1 分级结构形成的实验探索49-56
• 5.1.1 干磨方式的重要性49-50
• 5.1.2 PEG分子量对TiO_2球形分级结构形成的影响50-51
• 5.1.3 PEG用量对TiO_2球形分级结构形成的影响51-52
• 5.1.4 球形分级结构的形成阶段52-54
• 5.1.5 分散溶液组分对分级结构形成的影响54-56
• 5.2 球形分级结构的可能形成机制与模型56-59
• 5.3 小结59-60
• 参考文献60-63
• 第六章 TiO_2球形分级结构的应用探索63-71
• 6.1 TiO_2球形分级结构应用于染料敏化太阳能电池63-68
• 6.2 TiO_2球形分级结构的超疏水性能68-69
• 6.3 小结69
• 参考文献69-71
• 第七章 尖劈光散射微结构制备及表征71-79
• 7.1 工作电极中引入微结构的研究思路71-72
• 7.2 尖劈微结构的制备与表征72-77
• 7.2.1 光纤尖劈微结构的制备与转移75-76
• 7.2.2 不同尖劈锥度玻纤微结构的制备与表征76-77
• 7.3 小结77
• 参考文献77-79
• 第八章 结论79-80
• 攻读硕士学位期间发表论文80-81
• 致谢81-82

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