CdS量子点敏化透明TiO2纳米管阵列光阳极材料的制备和性能研究

论文摘要

太阳能电池作为一种清洁无污染的新能源技术而备受关注。本文对太阳能电池的发展历史,太阳能电池的分类、结构及原理、发展状况及存在的问题等进行了综述,其中染料敏化TiO2太阳能电池可望在现有太阳能电池基础上大幅度降低成本,但是由于其禁带宽度较大（3.2 eV）,使其只能吸收紫外光,导致其转换效率较低,因此要对其进行敏化,以提高其转换效率。本文提出了用CdS量子点敏化透明TiO2纳米管阵列薄膜太阳能电池的设想。首先采用阳极氧化法在ITO导电玻璃上制备透明的TiO2纳米管阵列电极,然后采用连续离子层沉积法在TiO2电极上沉积CdS量子点,制备CdS量子点敏化TiO2光阳极,并组装电池对其进行性能测试和表征。主要研究内容和结果如下：1、采用磁控溅射法在ITO玻璃上沉积高质量的金属Ti膜,然后在NH4F的乙二醇溶液中进行阳极氧化,再经热处理,制备出透明TiO2纳米管阵列。分析了Ti膜制备和阳极氧化工艺参数对TiO2纳米管阵列形貌和性能的影响。结果表明：在300℃、功率为150W、0.5Pa氩气分压下沉积1h,能够得到致密、均匀、与基板结合紧密的Ti膜；阳极氧化电压为40V,电解液组成为0.3wt% NH4F、1vol%H2O的乙二醇溶液,热处理温度为450℃,热处理时间2h,能够制备出90-100nm,管壁为20nm左右,管长为1.67μm的透明的锐钛矿型TiO2纳米管阵列电极。2、采用连续离子层沉积法,以Cd（NO3）2、Na2S为Cd2+、S2-的离子源,在不同溶剂中制备CdS量子点敏化TiO2光阳极。分析了溶剂和循环沉积次数对制备光阳极性能的影响。结果表明：以乙醇、甲醇/水为溶剂,能够增大TiO2纳米管对CdS的吸附能力,沉积的CdS量子点的尺寸为5-10nm,在（110）晶面有结晶取向,经4次循环沉积,CdS量子点敏化TiO2纳米管光阳极的转换效率最高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池的发展史
• 1.3 太阳能电池的分类
• 1.3.1 硅太阳能电池
• 1.3.2 无机化合物半导体薄膜电池
• 1.3.3 功能有机高分子薄膜太阳能电池
• 1.3.4 敏化纳米晶太阳能电池
• 1.4 敏化纳米晶太阳能电池的研究现状
• 1.4.1 光阳极的研究现状
• 1.4.2 敏化剂的研究现状
• 1.4.3 电解质的研究现状
• 1.4.4 对电极的研究现状
• 1.5 论文的选题思想和主要内容
• 第2章 实验方法及步骤
• 2.1 实验方案
• 2.2 实验药品及设备
• 2.3 实验步骤
• 2.3.1 基片的清洗
• 2.3.2 金属Ti膜的沉积
• 2纳米管阵列薄膜的制备'>2.3.3 透明TiO₂纳米管阵列薄膜的制备
• 2纳米管光阳极的制备'>2.3.4 CdS量子点敏化TiO₂纳米管光阳极的制备
• 2.3.5 电解液的配制及电池的组装
• 2.4 样品分析测试方法
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）
• 2.4.2 透射电镜（TEM）
• 2.4.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.4 紫外可见光谱（UV-vis spectrum）
• 2.4.5 光电化学特性测试
• 2纳米管阵列薄膜'>第3章 阳极氧化法制备透明TIO₂纳米管阵列薄膜
• 3.1 结果与讨论
• 3.1.1 溅射过程中参数的确定
• 2纳米管形貌的影响'>3.1.2 阳极氧化电压对TiO₂纳米管形貌的影响
• 2纳米管形貌的影响'>3.1.3 电解液的浓度对TiO₂纳米管形貌的影响
• 2纳米管形貌的影响'>3.1.4 电解液中水的含量对TiO₂纳米管形貌的影响
• 2纳米管的影响'>3.1.5 热处理对TiO₂纳米管的影响
• 2纳米管阵列的机理讨论'>3.2 阳极氧化法制备TIO₂纳米管阵列的机理讨论
• 3.3 小结
• 2纳米管的制备及其性能研究'>第4章 CDS敏化TIO₂纳米管的制备及其性能研究
• 4.1 实验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 2的SEM分析'>4.2.1 CdS/TiO₂的SEM分析
• 2的EDS分析'>4.2.2 CdS/TiO₂的EDS分析
• 2的TEM分析'>4.2.3 CdS/TiO₂的TEM分析
• 2的XRD分析'>4.2.4 CdS/TiO₂的XRD分析
• 2的Uv-vis分析'>4.2.5 CdS/TiO₂的Uv-vis分析
• 2的光电性能'>4.2.6 CdS/TiO₂的光电性能
• 4.3 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录