二氧化钛纳米线阵列制备及其性能研究-材料科学与工程专业论文.docx

Classified Index: TM23 U.D.C.: 31. Dissertation for the Master Degree of Engineering PREPARATION OF TiO2 NANOWIRE ARRAYS AND THEIR PHOTOVOLTAIC PROPERTIES Candidate： Sang Linpu Supervisor： Prof. Li Hongtao Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Materials Science and Engineering School of Materials Science and Affiliation： Engineering Date of Defence： July, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 本次试验在 FTO 导电玻璃基底上通过水热反应制备一维取向金红石结构的 TiO2 纳米线阵列材料，以 N719 染料敏化光阳极，组装染料敏化太阳能电池，测试 器件的光电性能。主要研究材料的生长机理，在水热反应中前驱体体积，反应与 刻蚀的时间，溶剂组分对 TiO2 纳米线阵列微观相貌的影响。通过 SEM 观察薄膜的 形貌组织，原子力显微镜测试薄膜材料的表面粗糙度，通过 XRD 分析材料晶型结 构，紫外可见分光光度计测试材料的性能及禁带宽度大小，通过 J-V 曲线表征器件 性能参数。 预先通过 0.2 M TiCl4 溶液对 FTO 基底预处理，550 oC 退火制备种子层，对比 不同钛的前驱体溶液制备 TiO2 纳米线阵列, TiCl4 可制备有一定长径比的纳米线阵 列，进而研究不同体积的 TiCl4 溶液，不同反应时间对制备纳米线薄膜的影响，对 纳米线阵列进行不同时间的刻蚀，以不同刻蚀时间的 TiO2 纳米线阵列组装器件， 刻蚀 3 h 时可制备器件的效率为 2.21%。 考察以无水乙醇为溶剂可制备晶粒尺寸小、致密的 TiO2 纳米线阵列薄膜。不 同体积的 C2H5OH 制备 TiO2 纳米线阵列材料测试紫外可见吸光光谱分析材料在可 吸收 370 nm 到 390 nm 波长的入射光，计算禁带宽度 Eg 值，为 3.332 eV 到 3.276 eV 范围内。分析器件的 J-V 曲线，当以 25 ml 的 C2H5OH 合成的 TiO2 纳米线阵列阳 极材料，纳米线阵列长度为 29.52 μm ，组装器件开路电压为 646 mV，短路电流 密度 5.47 mA/cm2 ，填充因子为 0.76。光电转化的效率有为 2.82%。 关键词：TiO2；纳米线阵列；水热法；染料敏化太阳能电池 I - Abstract In this paper, one-dimensional rutile TiO2 nanowire arrays material was prepared by a hydrothermal method on FTO substrate, with N719 dye sensitizing photoanodes to assemble dye-sensitised solar cells (DSSC) and measure photovoltaic performance of device. The research mainly investigated the growth mechanism of material, the precursr volume in hydrothermal method, the time of reaction and etching, and the solvent composition impact on micro morphology of TiO2 nanowire arrays The morphology and composition of film was observed by SEM, the atomic force microscopy tested surface roughness of thin film materials, we analysised the crystal structure of material by XRD, UV-Vis Spectrophotometer responsed the performance of materials and the width of forbidden band and th