二氧化鈦納米棒薄膜材料及其太陽電池的溶膠——凝膠制備與光催化活性的研究.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，利用無污染的太陽能成為人們解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的一條重要途徑。將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池成為科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。二氧化鈦(TiO2)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗磨損性、低成本和無毒等特性，在光催化、殺菌、制備染料敏化太陽能電池等方面被廣泛應(yīng)用。由于TiO2其禁帶寬度較大(3.2eV)，使其只能吸收太陽光中的紫外光部分，導(dǎo)致其太陽電池的轉(zhuǎn)化效率較低，因此要對其進(jìn)行敏化，提高其光電轉(zhuǎn)化效率，更加有效的利用太陽能。<

2、br>　　 本文采用溶膠-凝膠(Sol-gel)法和旋轉(zhuǎn)涂膜工藝制備納米TiO2薄膜及其納米棒材料并對其進(jìn)行敏化和電池的組裝，研究了以羅丹明-B為染料，配制成敏化劑來敏化二氧化鈦(TiO2)納米棒薄膜，敏化處理后得到正電極，再加上用石墨制備的反電極后，滴加電解液，即可得到染料敏化納米晶光電化學(xué)太陽能電池(NPC)。對所制備的樣品進(jìn)行了XRD、紫外-可見光譜和掃描電鏡等測試分析，表征了其光學(xué)特性和光催化活性能。主要研究內(nèi)容包括：⑴鈦酸丁

3、酯(Ti(OC4H9)4)、無水乙醇(C2H5OH)、冰醋酸(CH3COOH)和鹽酸(HCl)等為原料，按照一定比例制備了混合液，在空氣中放置24小時(shí)后，在空氣中500℃下恒溫?zé)崽幚?0min、涂膜次數(shù)為4次，制備出了TiO2薄膜。通過XRD分析表明，熱處理溫度是影響納米TiO2粒子平均晶粒尺度和晶型結(jié)構(gòu)的主要因素，當(dāng)熱處理溫度為500℃時(shí)，樣品呈銳鈦礦相，平均晶粒尺度為8.14nm。⑵鈦酸丁酯(Ti(OC4H9)4)、無水乙醇、聚乙二

4、醇(PEG)、冰醋酸和鹽酸等為原料，按照一定比例制備了混合液，先將混合液在75～80℃下恒溫60min，再在空氣中放置24小時(shí)后，涂膜次數(shù)為4次，制備出了TiO2薄膜，然后將TiO2納米薄膜在空氣中500℃熱處理30min即可。在此條件下制備了TiO2納米薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所制備的TiO2納米薄膜為納米棒薄膜材料，且為銳鈦礦相結(jié)構(gòu)。TiO2納米棒的直徑約為30～50nm，長度約為100～200nm之間。添加PEG(1000)的納米棒薄

5、膜上出現(xiàn)了一些小孔，孔徑范圍約為20～50nm之間。利用甲基橙溶液檢驗(yàn)TiO2納米棒多孔結(jié)構(gòu)薄膜的光催化活性，研究PEG添加量不同時(shí)甲基橙溶液對納米TiO2薄膜光催化活性的影響。在二氧化鈦混合溶液中，分別對沒有添加PEG(1000)和添加0.30g制備納米TiO2薄膜（涂膜4次）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：添加PEG(1000)后的納米二氧化鈦薄膜材料其透射光譜對可見光的吸收峰值增高，且光催化性能增強(qiáng)，在90min內(nèi)添加PEG(1000)的TiO2

6、納米棒多孔薄膜對甲基橙的脫色率為19.90％，而沒有添加PEG(1000)的納米TiO2薄膜對甲基橙的脫色率為14.11％，這是因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)提高了光的吸收和利用率。⑶以羅丹明-B為染料，配制成敏化劑來敏化TiO2納米棒薄膜，敏化處理后得到正電極，再加上用石墨制備的反電極后滴加電解液，即可得到染料敏化納米晶光電化學(xué)太陽能電池(NPC)。研究結(jié)果表明：以羅丹明-B染料在波長為470nm～750nm的可見光范圍內(nèi)提高了TiO2納米薄膜電極的吸