金属离子掺杂TiO2薄膜电极的制备及光电性能研究
TiO2薄膜电极作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极，具有吸附染料、电子富集及转移等作用，它的结构、特性对电池的性能有显著影响。本文采用水热法制备了TiO2胶体溶液，对其合成参数进行工艺条件优化，同时制备了金属离子掺杂TiO2，并研究金属离子掺杂对电池光电性能的影响。主要研究内容如下:
(1)以钛酸四丁酯、硝酸、去离子水为原料，采用水热法合成TiO2胶体溶液。通过XRD、TEM、SEM、XPS等对TiO2进行表征。将胶体溶液制备成薄膜电极并组装电池进行光电性能测试，考察了胶体不同反应温度、时间及涂膜次数等对DSSC光电性能的影响，结果显示薄膜电极最佳的所对应的胶体合成条件为200℃下反应时间12h，最佳涂膜次数为3次。
(2)制备Sn4+掺杂的TiO2胶体溶液，在较低温度下通过仅引入Sn4+即合成了金红石型TiO2纳米棒。通过XRD及SEM对不同Sn4+掺杂比例TiO2的晶型及形貌进行分析，研究表明Sn4+促进TiO2由10-15nm颗粒状的锐钛矿相向长度100-200nm、宽度为20-30nm的棒状金红石相转变，TEM显示棒状纳米晶的形成是晶体沿着110晶面发生定向生长的结果，且形貌转变与晶相转变伴随发生。对掺杂样品进行光电性能研究，结果表明光电转换效率（η）与薄膜电极材料的晶相组分及形貌之间有一定的关系，掺杂比例达到0.75％以后，样品的晶相组分及形貌不再随掺杂比例的增大而发生变化，进而光电转换效率不再变化。
(3)制备了Sr2+不同掺杂量的TiO2胶体溶液，将其制备薄膜电极。XRD显示Sr2+掺杂抑制部分锐钛矿型TiO2向金红石型的转变及促进晶粒尺寸的减小，SEM显示Sr2+掺杂TiO2薄膜表面为三维网状多孔结构。(I)-(V)测试表明，Sr2+掺杂TiO2胶体仅分布于表相，则促进光电转换效率的提高，掺杂比例为1％时，光电转换效率达到7.94％，较未掺杂TiO2薄膜电极提高了11.5％。对Sr2+掺杂薄膜电极进行微观动力学研究，得知Sr2+掺杂促使TiO2薄膜电极的电荷收集效率，利于Jsc的提高;进而提高了光电转换效率。
二氧化钛;水热法;金属掺杂;染料敏化太阳能电池;光电转换效率
北京化工大学
硕士
微生物与生化药学
邓利
2013
中文
TM914.42;TN304.055
94
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）