tio2纳米晶和纳米棒制备及其在染料敏化太阳电池中应用

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1、万方数据中图分类号：TQ134密级：公开UDC：31单位代码：10460TiO2纳米晶和纳米棒的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用PreparationofTiO2nanocrystallineandnanorodsforapplicationindyesensitizatizedsolarcells申请人姓名原光瑜申请学位工学硕士学科专业材料学研究方向特种功能材料与器件导师孟哈日巴拉职称教授提交日期2012-06答辩日期2012-06河南理工大学万方数据万方数据河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人

2、在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采

3、用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日万方数据万方数据致谢在论文完成之际，回想起自己的研究生生涯，心中感慨万千，首先向我的导师孟哈日巴拉表示深深的谢意，导师严谨的治学作风、渊博的知识使我终身难忘。特别是孟老师踏实、平和、乐观进取的人生态度，使我获益终身。孟老师在我的论文研究工作中给予我许多指导和耐心帮助，他从我论文研究的初始阶段到完成一直给予了详细指导，期间我们在实验室一起分析问题、解决问题，攻克科研的难关，这

4、都使我不断进步。他严谨的科学态度、踏实的治学作风和条理清晰的分析思路都使我十分钦佩，让我受益良多。此外，还非常感谢孟老师多年来在学业上的悉心指导，生活上的无私帮助，孟老师的言传身教让我终身受益。特别感谢课题组张战营老师、孙广老师、曹建亮老师及同实验室王李波老师和王晓东老师等在我课题研究及实验过程中给予的支持与帮助。感谢与我朝夕相处的同窗郭金毓、夏浩、李勤勤、王利英、王晓娇、呼梦娟等人，以及实验室的赵豫洁、赵婉瑜、阿茹娜、戚凤晓师妹们，是她们为我营造出严肃活泼的学习和科研环境。感谢河南理工大学材料科学工程学院的诸位领导和老师多年的关心

5、和培养。感谢家人和朋友们多年来的帮助和关心，你们的支持与鼓励给予我前进的动力和克服困难的勇气。最后，谨向百忙之中抽出宝贵时间评阅论文和出席论文答辩会的专家、学者致以最真诚的谢意。万方数据摘要能源是当今世界发展和经济增长的基石，是人类社会继续发展的基础。寻找一种绿色环保且可再生的替代能源是世界各国解决能源危机和环境污染问题的研究焦点和热点。本文以仿植物光合作用的染料敏化太阳电池为研究对象，详细研究了染料敏化太阳电池的工作原理及各部件之间的相互工作机制和制约关系。设计与制备了具有不同组成和微观结构的介孔TiO2薄膜电极，结合高摩尔消光系

6、数钌染料C106制作太阳电池，利用紫外-可见吸收光谱技术和J-V特性曲线比较评价电池的光电性能和参数，采用瞬态光电流衰减和电化学阻抗技术进一步深入研究电池的电子输运微观动力学机制。整个论文包括以下三个部分：（1）利用溶胶-凝胶法和水热晶化技术相结合，制备了粒径为20nm的TiO2纳米晶，经丝网印刷制备不同厚度的介孔薄膜电极，研究介孔TiO2薄膜厚度对染料敏化太阳电池性能的影响。研究发现，随着介孔TiO2薄膜厚度的增加，电池的短路电流密度增加，开路电压下降。这是由于薄膜厚度的增加，电极的总表面积随之增加，吸附更多的染料分子，从而增强了

7、器件的光俘获能力，但同时也增加了介孔TiO2薄膜电极与电解质之间的接触面积，并增加了光生电子到集流器的传输历程。（2）利用二次水热生长体系，制备了平均直径为30nm、长度为137nm的金红石型TiO2单晶纳米棒，分别以0、5、10wt%的比例与纳米晶混合制备浆料，丝网印刷7.6μm厚度的介孔TiO2薄膜电极，以C106染料敏化组装一系列太阳电池。研究介孔TiO2薄膜电极的电荷传输动力学发现，一维TiO2纳米棒的添加可以降低电子在TiO2/电解质界面的复合速率，延长电子寿命，增加扩散长度，降低电子在TiO2/电解质界面的复合速率，有效

8、促进电池的电子输运性能，进而提高太阳电池性能。（3）利用水热合成法在导电玻璃基底上生长出金红石TiO2纳米棒阵列，通过控制生长时间，获得高度分别为1.21μm和2.17μm的TiO2纳米棒阵列薄膜，与C106染料结合制备光阳极，组装电