化学方法合成TiO_2纳米结构以及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：二氧化钛（TiO2）作为一种优良的光催化剂以及它在太阳能电池、电致变色器件中的广泛应用，已经引起了人们越来越多的关注。TiO2分类为三种晶型：钛锐矿，金红石和板钛矿。由于金红石的高化学稳定性，大的比表面积和低成本的优点，它更适合作为太阳能电池器件的材料。制备二氧化钛的方法有很多种，其中水热法具有成本较低，工艺简单，制备的晶体结晶性好，无需后续处理等优点，因此采用水热法是一项很有应用前景的方法。 本论文中采用了三氯化钛作为钛源，在低温的条件下应用水热法化学合成了三维纳米花结构。影响TiO2纳米结构合成的性质的因素有很多种，主要包括反应温度，反应时间，溶液浓度等。而酸碱度对于形成TiO2纳米结构的影响还没有人进行研究。在溶液中涉及到HCl和尿素等试剂，改变它们的配比就可以控制溶液的酸碱度。由于在实验过程当中涉及到Ti3+的水解反应，所以改变溶液的酸碱度会影响到反应速率的快慢，影响膜厚。所以溶液的酸碱度会影响到TiO2纳米结构的表面形貌。在不同的酸碱度中TiO2的生长情况也不相同。通过实验结果的观察和表征，可以得到一个最佳的酸碱度，即生长环境，获得了具有较好吸收的金红石态的TiO2三维纳米花结构，粒径为2μm。此外，还研究了前驱体溶液的搅拌时间以及前驱体溶液中添加剂的种类对于合成TiO2纳米结构的影响。通过对这三个影响合成TiO2纳米结构的因素进行研究，可以更好的实现TiO2纳米结构的可控性生长。 最后，把实验中制备的最优化TiO2纳米结构通过丝网印刷的方法制备成光阳极，组装成染料敏化太阳能电池。该电池的对比电池为同样条件下商用的P25组装成的染料敏化太阳能电池。把该电池的性能与商用的P25组装成的染料敏化太阳能电池的性能进行了光电测试对比分析。实验结果显示用化学方法合成的TiO2纳米结构在光电转换效率上显示出了更加优良的性能。

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