有序多孔TiO2薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、當前日益嚴重的環(huán)境污染和能源危機,使得太陽能近年來成為研究的熱點,其中染料敏化太陽電池以其簡單的工藝、低廉的成本等優(yōu)勢受到材料、化學、物理和能源等領域研究者的廣泛關注。但目前作為研究主體的TiO2納米材料,仍存在兩大基本問題:其一,納米粉體的比表面積小;其二,無序結構使得光生載流子容易復合。這兩大問題限制了TiO2染料敏化太陽電池的光電轉化效率的提高。因此,研究具有高比表面積且有利于光生電子傳輸?shù)挠行蚨嗫譚iO2材料對光電轉換效率的提高

2、具有重要意義。膠體晶體模板法制備的材料具有孔徑可控、孔徑分布均勻等特點,因此被廣泛應用于有序多孔材料的制備。本課題采用聚苯乙烯(PS)膠體晶體微球為模板,將溶膠-凝膠技術與浸漬-提拉法相結合制得有序多孔TiO2薄膜;通過Gd摻雜對有序多孔TiO2薄膜進行改性研究,并組裝成染料敏化太陽電池,對其制備工藝及性能進行了系統(tǒng)研究,得出以下結果:
　　 (1)利用乳液聚合法合成出單分散、粒徑均勻的聚苯乙烯微球顆粒,研究了聚合時間、引發(fā)劑用

3、量等因素對PS膠體微球粒徑的影響。結果表明:聚苯乙烯微球的粒徑隨聚合時間的延長而增大、隨引發(fā)劑的增加而減小。
　　 (2)采用浸漬-提拉法在導電玻璃基底上組裝出高質量、不同粒徑的聚苯乙烯微球膠體晶體模板,研究了乳液中膠體微球濃度及浸漬-提拉速度等制備工藝參數(shù)對膠體晶體模板質量的影響。實驗結果表明:當PS微球粒徑為300nm,微球乳液體積分數(shù)為20vol％時,以3cm/min的提拉速度組裝出單層結構的規(guī)則有序的膠體晶體;當PS微球

4、粒徑為390nm,微球乳液體積分數(shù)為20vol％時,以1cm/min的提拉速度可組裝出三維規(guī)則有序的膠體晶體。
　　 (3)以聚苯乙烯微球膠體晶體為模板,采用溶膠-凝膠技術與浸漬-提拉法相結合制備出有序多孔TiO2材料,并對TiO2溶膠的陳化時間、膠體晶體模板在TiO2溶膠中的浸漬時間以及膠體晶體模板的形貌等制備條件對有序多孔TiO2微觀結構的影響進行分析。結果表明:陳化12h的TiO2溶膠,以單層的PS膠體晶體為模板時的最佳浸

5、漬時間為3min,以多層的PS膠體晶體為模板時的最佳浸漬時間為5min。
　　 (4)利用優(yōu)化的制備工藝成功制備出稀土Gd摻雜有序多孔TiO2,并對具有不同微觀結構的有序多孔TiO2、Gd摻雜有序多孔TiO2所組裝的染料敏化太陽能電池的光電性能進行對比分析。結果表明:多層有序多孔TiO2材料的UV-Vis光譜學性能及其組裝的DSSC的光電性能均優(yōu)于單層TiO2材料,且Gd3+摻雜量為0.5wt％的樣品UV-Vis光譜學性能最優(yōu),