纳米纤维静电纺丝制备及其太阳能电池、气敏传感器的应用研究

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染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有成本低、工艺简单、效率高等特点受到了研究者的广泛关注。TiO2纳米颗粒虽然比表面积大,但颗粒之间大量的晶界,阻碍了电子在TiO2纳米颗粒间的传输,从而影响电池的光电转换效率。静电纺丝技术是一种工艺简单、成本低的制备连续纳米纤维的方法,制备的纳米纤维材料具有长径比高、比表面积大、孔隙率高等特点,同时电子传输特性优于纳米颗粒。本论文采用静电纺丝技术制备了TiO2和ZnO纳米纤维,并应用于染料敏化太阳能电池和气敏传感器。研究内容主要包括以下三个部分:(1)采用静电纺丝法制备TiO2/PVP纳米纤维。研究了聚合物溶液浓度、电压、电纺距离、煅烧温度等参数对TiO2/PVP复合纳米纤维形貌的影响。研究结果表明:随着聚合物溶液浓度的增加,所需克服的表面张力增大,纤维直径增大;随着电压的增加,纤维直径减小;随着煅烧温度的升高,纤维直径减小。电纺距离增加,有利于得到光滑的纤维。(2)采用静电纺丝法制备TiO2/PVP纳米纤维,应用于染料敏化太阳能电池。研究了纳米纤维的煅烧温度、表面处理(包括酸化、等离子体处理)、ZnO阻挡层的厚度对其光阳极的电子传输动力学性能和电池光电转换性能的影响。研究结果表明:经550℃煅烧后的TiO2纳米纤维具有较好的光电性能;酸化处理和氧等离子处理有利于提高TiO2纳米纤维的光电性能;当利用酸化处理后经过5min氧等离子处理的TiO2纳米纤维作为光阳极,配合15nm ZnO阻挡层,TiO2纳米纤维敏化电池具有最好的电池性能。(3)采用静电纺丝法制备ZnO/PVP纳米纤维,应用于气敏传感器。研究ZnO纳米纤维对丙醇的气敏性能。研究表明:随着丙醇浓度的增加,灵敏度也随之升高,当丙醇浓度为800ppm时,灵敏度达到了23%;工作温度在400℃时,气敏传感器对丙醇具有较高的灵敏度。
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