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染料敏化太阳能电池以其低成本、高效率,最有可能成为硅太阳能电池的替代品,引起了人们的广泛关注。本论文分别围绕染料敏化太阳能电池中复合Ti02纳米管/纳米颗粒多孔薄膜电极和复合Ti02-AI203的多孔薄膜电极的制备,对其光电性能进行了如下研究:
1.采用水热法制备了Ti02纳米管。对纳米管生长机理进行了研究:纳米管的生长经历了水热反应生成纳米薄片、水洗过程中纳米薄片卷曲成管、盐酸浸泡离子交换、水洗除去HC1的四个阶段。对Ti02纳米管制备过程中前驱体晶型、前驱体浓度和水热温度三个影响因素进行了研究。分别对P25和金红石两种晶型进行研究,两者产物在管径和长度上有较大差别,前者产物管径约20nm,内径约15nm,管长在100-300nm的一个较宽的范围内均有分布;后者产物管外径约10nm,内径约5nm,管长约200—300nm,焙烧前纳米管锐钛矿相含量为13.9%,450℃焙烧1小时后锐钛矿相含量降为9.1%。分别以0.04M、0.1M、0.3M、0.5M四种前驱体浓度进行研究:随着浓度的增大,纳米管长度增大。以110℃和150℃水热温度进行研究,水热温度与纳米管质量无明显关系。对Ti02纳米管热稳定性进行了研究:纳米管经400℃热处理后仍保持管状结构,具有比前驱体P25高近5倍的BET比表面积;450℃热处理后大部分纳米管受热坍塌转变为纳米棒结构,550℃热处理后得到了纳米棒结构。将Ti02纳米管以不同比例与从DYESOL购买的Ti02浆料混合,制备了纳米管复合电极。该类纳米管复合电极表现了较为良好的光电性能,纳米管:纳米粒=1:l的纳米管复合电极达到了3.09%的光电转化效率。
2.选用十二烷基胺盐酸盐作为溶胶-凝胶法中结构导向剂获得了颗粒直径小、比表面积高和孔体积大的复合纳米氧化物Ti02-A1203粉体。在改变溶胶,凝胶法中原料2-丁醇铝与钛酸异丙酯摩尔比(0.0625-1)的情况下,制备出5种复合纳米氧化物,再对产物进行了热重分析得知Ti02晶型转变温度为404℃。在空气气氛下,450℃对产物进行烧结后,分别进行比表面分析、X射线衍射分析、透射电镜等表征。制备出复合纳米电极染料敏化太阳能电池,测试电池的光电流一电压曲线。当钛酸异丙酯:2-丁醇铝摩尔比为1:0.125时,复合纳米氧化物的比表面积,孔体积,孔径,分别为171.89 m2/g,0.26 cm3/g,60.64 nm,同时染料敏化太阳能电池能够得到最优光电转化效率4.29%。