水热法可控制备TiO_2纳米阵列及其在太阳能电池中的应用

【摘要】：T102作为一种重要的无机功能型材料,具有优越的物理化学特性,广泛应用于光电转换、光催化以及光解水制氢等众多重要领域。其中,一维Ti02纳米阵列具有微结构高度规律有序,载流子传输速率高等许多独特、新奇的性能,成为有望替代传统的TiO2纳米晶成为太阳能电池的新型电极材料,是目前国内外专家重点研究项目之一。本文用简单易行的一步水热法在透明导电玻璃FTO上制备,系统地研究了Ti02纳米阵列薄膜制备过程中工艺参数及添加剂乙醇对纳米阵列薄膜形貌及结晶度的影响规律,实现了Ti02纳米棒阵列的可控生长,并且对其形成机理做了详细的分析。在此基础上,我们利用水热法制备的Ti02纳米棒阵列作为薄膜太阳能电池电极材料,应用于有机无机复合太阳能电池中,并对组装电池的光伏性能进行了研究。主要研究内容如下： 1、以钛酸四丁酯、浓盐酸和去离子水的混合溶液为前躯体,采用水热法在FTO导电玻璃上直接生长出致密、完整、取向性优良的金红石相Ti02纳米棒阵列。 2、系统研究了水热反应时间、水热反应温度以及前驱体溶液中乙醇的添加对所制备的Ti02纳米棒阵列形貌和结晶性的影响规律。实现了用水热法对Ti02纳米材料的可控合成。 3、将水热制备的Ti02纳米棒阵列作为电子受体,组装了以P3HT/TiO2纳米棒阵列为异质结的有机无机复合太阳能电池。并探讨Ti02纳米薄膜的结晶取向、形貌、密度和厚度对FTO/TiO2/P3HT/Pt两层器件光伏性能的影响。 4、探讨了有机物P层P3HT的厚度对复合电池各参数的影响。 【关键词】：TiO_2纳米棒阵列 水热法 有机无机复合太阳能电池
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 TiO_2纳米材料的介绍10-16
• 1.2.1 TiO_2的结构与性质10-11
• 1.2.2 TiO_2纳米材料的制备11-15
• 1.2.3 TiO_2纳米材料的应用15-16
• 1.3 太阳能电池的简介16-17
• 1.4 论文的主要研究内容17-19
• 2 实验与测试19-22
• 2.1 实验中所用药品及仪器19-20
• 2.1.1 实验中所用药品19
• 2.1.2 实验仪器/设备19-20
• 2.2 实验设计20-21
• 2.3 样品的表征方法21-22
• 3 水热法可控合成TiO_2纳米阵列及其表征22-32
• 3.1 水热法制备纳米材料简介22-24
• 3.1.1 水热法及其机理22
• 3.1.2 水热法制备纳米材料22-23
• 3.1.3 水热法发展趋势23-24
• 3.2 水热法在FTO上制备TiO_2纳米阵列24-25
• 3.2.1 衬底FTO的清洗24
• 3.2.2 TiO_2纳米阵列的制备24-25
• 3.3 实验结果与讨论25-30
• 3.3.1 水热反应条件对TiO_2薄膜结构和形貌的影响25-29
• 3.3.2 TiO_2纳米阵列生长机理及取向分析29-30
• 3.4 本章小结30-32
• 4 P3HT/TiO_2纳米棒阵列有机无机复合太阳能电池32-46
• 4.1 有机/无机复合太阳能电池32-33
• 4.2 太阳能电池的基本参数33-35
• 4.3 P3HT/TiO_2纳米棒阵列复合太阳能电池的制备35-44
• 4.3.1 P3HT溶液的配制及TiO_2/P3HT双层薄膜的制备35-36
• 4.3.2 电池的组装及测试36
• 4.3.3 TiO_2薄膜结构和形貌对TiO_2/P3HT电池性能的影响36-42
• 4.3.3.1不同水热时间制备的TiO_2对复合电池性能的影响39-40
• 4.3.3.2 不同水热温度制备的TiO_2对复合电池性能的影响40-42
• 4.3.3.3 前驱体溶液中不同乙醇的量制备的TiO_2对复合电池性能的影响42
• 4.3.4 P3HT的厚度对TiO_2/P3HT电池性能的影响42-44
• 4.4 本章小结44-46
• 5 论文工作总结46-48
• 参考文献48-55
• 附录55-56
• 致谢56

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