納米TiO2薄膜材料及其染料敏化太陽(yáng)電池制備研究.pdf

1、本論文利用溶膠－凝膠法制備TiO2納米薄膜材料，并對(duì)其進(jìn)行鐵離子摻雜研究。利用X－射線衍射儀(XRD)、冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)、和紫外－可見(jiàn)光譜儀(UV/vis)等對(duì)所制備的薄膜材料進(jìn)行表征，對(duì)TiO2納米材料及其摻鐵離子雜質(zhì)材料的光學(xué)特性和光催化活性進(jìn)行了研究。最后再對(duì)TiO2納米薄膜材料進(jìn)行敏化處理，組裝簡(jiǎn)單的染料敏化太陽(yáng)電池(DSSC)電池，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。
　　 1.以鈦酸丁酯(Ti(OC4H9)4)為主要原料、

2、無(wú)水乙醇(C2H5OH)為溶劑、冰醋酸(CH3COOH)和鹽酸(HCL)為水解抑制劑，采用溶膠－凝膠法和旋轉(zhuǎn)涂膜工藝在玻璃襯底表面上制備了均勻、透明、分散性好的TiO2納米薄膜材料。通過(guò)對(duì)其退火溫度的研究，發(fā)現(xiàn)在空氣中退火溫度達(dá)到700℃以后，材料中出現(xiàn)金紅石相結(jié)構(gòu)。退火溫度越高，金紅石含量越多。當(dāng)在900℃退火時(shí)，金紅石相的晶粒直徑約為38.572nm。通過(guò)光催化活性研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在600℃退火時(shí)，光催化性能最好。
　　 2.用

3、與上述同樣的方法制備溶膠，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂膜工藝制備出TiO2納米薄膜。通過(guò)不同水浴時(shí)間、鍍膜層數(shù)、能帶帶隙等因素來(lái)研究薄膜性能。通過(guò)XRD分析表明，所制備材料的結(jié)構(gòu)均為銳鈦礦相。研究表明，相同水浴時(shí)間，隨著鍍膜層數(shù)的增加，薄膜的透射率逐漸下降；相同鍍膜層數(shù)，隨著水浴時(shí)間的增加，透射率逐漸增加。掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明，樣品尺寸平均在200～300nm之間。通過(guò)光學(xué)帶隙的計(jì)算，表明退火溫度和鍍膜層數(shù)對(duì)帶隙均有影響，退火溫度越高，帶隙越大；層數(shù)越

4、多，帶隙越小。
　　 3.摻雜不同濃度過(guò)渡金屬Fe3+納米TiO2薄膜的研究。研究表明：隨著摻雜濃度的增加，粒子尺寸逐漸變小，晶粒尺寸約在25－30nm之間。當(dāng)制備溶膠時(shí)添加聚乙二醇(PEG)并用溫度為75℃～80℃之間的水浴處理，得出Fe3+最佳摻雜濃度為0.075％，摻雜鐵離子會(huì)使吸收帶邊出現(xiàn)“紅移”現(xiàn)象。在光催化實(shí)驗(yàn)中，摻雜濃度為0.075％的光催化效果最好。
　　 4.以羅丹明－B為染料，配制成敏化劑來(lái)敏化TiO

5、2納米薄膜，敏化處理后得到正電極，再加上用石墨制備的反電極后滴加電解液，即可得到染料敏化太陽(yáng)電池。研究結(jié)果表明：羅丹明－B在波長(zhǎng)375nm～700nm的可見(jiàn)光范圍內(nèi)提高了純TiO2納米薄膜的吸光性，在波長(zhǎng)350nm～600nm之間的可見(jiàn)光區(qū)提高了摻鐵TiO2薄膜吸光性。薄膜摻鐵后，能擴(kuò)大敏化光譜區(qū)間，并增強(qiáng)吸收效果。用納米TiO2薄膜組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池時(shí)，面積為3.8cm×1.6cm，開(kāi)路電壓可達(dá)到202mV。用摻雜鐵離子的納米T