有序多孔TiO2薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī),使得太陽能近年來成為研究的熱點(diǎn),其中染料敏化太陽電池以其簡單的工藝、低廉的成本等優(yōu)勢(shì)受到材料、化學(xué)、物理和能源等領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。但目前作為研究主體的TiO2納米材料,仍存在兩大基本問題:其一,納米粉體的比表面積小;其二,無序結(jié)構(gòu)使得光生載流子容易復(fù)合。這兩大問題限制了TiO2染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率的提高。因此,研究具有高比表面積且有利于光生電子傳輸?shù)挠行蚨嗫譚iO2材料對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的提高

2、具有重要意義。膠體晶體模板法制備的材料具有孔徑可控、孔徑分布均勻等特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于有序多孔材料的制備。本課題采用聚苯乙烯(PS)膠體晶體微球?yàn)槟０?將溶膠-凝膠技術(shù)與浸漬-提拉法相結(jié)合制得有序多孔TiO2薄膜;通過Gd摻雜對(duì)有序多孔TiO2薄膜進(jìn)行改性研究,并組裝成染料敏化太陽電池,對(duì)其制備工藝及性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,得出以下結(jié)果:
　　 (1)利用乳液聚合法合成出單分散、粒徑均勻的聚苯乙烯微球顆粒,研究了聚合時(shí)間、引發(fā)劑用

3、量等因素對(duì)PS膠體微球粒徑的影響。結(jié)果表明:聚苯乙烯微球的粒徑隨聚合時(shí)間的延長而增大、隨引發(fā)劑的增加而減小。
　　 (2)采用浸漬-提拉法在導(dǎo)電玻璃基底上組裝出高質(zhì)量、不同粒徑的聚苯乙烯微球膠體晶體模板,研究了乳液中膠體微球濃度及浸漬-提拉速度等制備工藝參數(shù)對(duì)膠體晶體模板質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)PS微球粒徑為300nm,微球乳液體積分?jǐn)?shù)為20vol％時(shí),以3cm/min的提拉速度組裝出單層結(jié)構(gòu)的規(guī)則有序的膠體晶體;當(dāng)PS微球

4、粒徑為390nm,微球乳液體積分?jǐn)?shù)為20vol％時(shí),以1cm/min的提拉速度可組裝出三維規(guī)則有序的膠體晶體。
　　 (3)以聚苯乙烯微球膠體晶體為模板,采用溶膠-凝膠技術(shù)與浸漬-提拉法相結(jié)合制備出有序多孔TiO2材料,并對(duì)TiO2溶膠的陳化時(shí)間、膠體晶體模板在TiO2溶膠中的浸漬時(shí)間以及膠體晶體模板的形貌等制備條件對(duì)有序多孔TiO2微觀結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明:陳化12h的TiO2溶膠,以單層的PS膠體晶體為模板時(shí)的最佳浸

5、漬時(shí)間為3min,以多層的PS膠體晶體為模板時(shí)的最佳浸漬時(shí)間為5min。
　　 (4)利用優(yōu)化的制備工藝成功制備出稀土Gd摻雜有序多孔TiO2,并對(duì)具有不同微觀結(jié)構(gòu)的有序多孔TiO2、Gd摻雜有序多孔TiO2所組裝的染料敏化太陽能電池的光電性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明:多層有序多孔TiO2材料的UV-Vis光譜學(xué)性能及其組裝的DSSC的光電性能均優(yōu)于單層TiO2材料,且Gd3+摻雜量為0.5wt％的樣品UV-Vis光譜學(xué)性能最優(yōu),