光子晶體的制備與光學(xué)性質(zhì)的研究及其在DSSCs中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，光子晶體被認(rèn)為是解決光子器件集成問(wèn)題的有效途徑之一，得到了廣泛關(guān)注。在由膠體小球自組裝形成的膠體晶體中，膠體晶體缺陷的控制、光子禁帶的調(diào)節(jié)等問(wèn)題一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于膠體晶體具有光子禁帶特性，使得其在染料敏化太陽(yáng)能電池中具有潛在的應(yīng)用。在本論文中，我們圍繞著超厚無(wú)裂縫膠體晶體的制備、不同膠體晶體的光子禁帶的調(diào)節(jié)、膠體晶體在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用等三方面的研究開(kāi)展工作，并取得了一系列具有原創(chuàng)性和創(chuàng)造性的結(jié)果。
　　

2、本文首先以燒結(jié)后的單分散二氧化硅小球作為構(gòu)筑基元，采用等溫加熱誘導(dǎo)垂直沉積方法制備了無(wú)裂縫膠體晶體。利用結(jié)晶層自組裝技術(shù)制備了厚度達(dá)到100μm的無(wú)裂縫超厚膠體晶體。研究了燒結(jié)過(guò)程對(duì)改性的Stober方法合成的二氧化硅小球的影響。我們發(fā)現(xiàn)在由燒結(jié)后的二氧化硅小球自組裝形成的膠體晶體中，其表面和截面都沒(méi)有裂縫缺陷。在反射光譜中，光子禁帶波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與Bragg公式理論計(jì)算值相吻合。在超厚無(wú)裂縫的膠體晶體中，膠體晶體不僅具有較好的界面，

3、而且其反射峰的強(qiáng)度隨著膠體晶體的厚度增加而增加。
　　其次，本文以單分散聚苯乙烯/二氧化硅核殼小球作為構(gòu)筑基元，采用恒溫垂直沉積方法制備了膠體晶體，并采用燒結(jié)技術(shù)得到了二氧化硅殼膠體晶體。透射光譜表明二氧化硅殼膠體晶體的光子禁帶隨著中空二氧化硅小球的內(nèi)徑和殼層厚度增加而發(fā)生紅移。通過(guò)對(duì)膠體小球的直徑與有效折射率兩個(gè)參數(shù)的控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠體晶體光子禁帶的雙重調(diào)節(jié)。基于結(jié)晶層自組裝技術(shù)，制備了由聚苯乙烯/二氧化硅核殼小球組成的膠體

4、晶體異質(zhì)結(jié)，并通過(guò)高溫?zé)Y(jié)得到由中空二氧化硅小球組成的膠體晶體異質(zhì)結(jié)。在入射光垂直入射到膠體晶體異質(zhì)結(jié)表面情況下，膠體晶體異質(zhì)結(jié)的透射光譜中含有兩個(gè)獨(dú)立的光子禁帶。這兩個(gè)光子禁帶是由組成異質(zhì)結(jié)的兩個(gè)結(jié)晶層光子禁帶的疊加組成的。
　　本文最后研究了二氧化鈦反蛋白石在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。首先制備了分別由純二氧化鈦(P25)薄膜與P25-二氧化鈦反蛋白石薄膜組成的兩個(gè)二氧化鈦薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由P25-二氧化鈦反蛋白石薄膜組成的

5、電池具有較高的短路電流密度、開(kāi)路電壓以及能量轉(zhuǎn)換效率。其次研究了二氧化硅/金核殼小球?qū)μ?yáng)能電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)P25薄膜中摻入一定量二氧化硅/金核殼小球(其核殼小球中的二氧化硅與P25質(zhì)量比為0.05wt％)時(shí)，其組成的電池具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。最后，在上述基礎(chǔ)之上，制備了由P25-二氧化硅/金核殼小球-二氧化鈦反蛋白石組成的復(fù)合二氧化鈦薄膜，并組裝成電池。與純P25薄膜組成的電池進(jìn)行比較，這種由復(fù)合二氧化鈦薄膜組成的電池