納米TiO2薄膜材料及其染料敏化太陽電池制備研究.pdf

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

2、無水乙醇(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。通過對其退火溫度的研究，發(fā)現(xiàn)在空氣中退火溫度達到700℃以后，材料中出現(xiàn)金紅石相結構。退火溫度越高，金紅石含量越多。當在900℃退火時，金紅石相的晶粒直徑約為38.572nm。通過光催化活性研究發(fā)現(xiàn)，當在600℃退火時，光催化性能最好。
　　 2.用

3、與上述同樣的方法制備溶膠，并通過旋轉涂膜工藝制備出TiO2納米薄膜。通過不同水浴時間、鍍膜層數(shù)、能帶帶隙等因素來研究薄膜性能。通過XRD分析表明，所制備材料的結構均為銳鈦礦相。研究表明，相同水浴時間，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)，隨著水浴時間的增加，透射率逐漸增加。掃描電鏡測試結果表明，樣品尺寸平均在200～300nm之間。通過光學帶隙的計算，表明退火溫度和鍍膜層數(shù)對帶隙均有影響，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。當制備溶膠時添加聚乙二醇(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％，摻雜鐵離子會使吸收帶邊出現(xiàn)“紅移”現(xiàn)象。在光催化實驗中，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電池。研究結果表明：羅丹明－B在波長375nm～700nm的可見光范圍內(nèi)提高了純TiO2納米薄膜的吸光性，在波長350nm～600nm之間的可見光區(qū)提高了摻鐵TiO2薄膜吸光性。薄膜摻鐵后，能擴大敏化光譜區(qū)間，并增強吸收效果。用納米TiO2薄膜組裝成染料敏化太陽能電池時，面積為3.8cm×1.6cm，開路電壓可達到202mV。用摻雜鐵離子的納米T