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硫化镉敏化二氧化钛纳米棒阵列的制备及其光电特性研究

作　者: 陈会
导　师: 杨海滨
学　校: 吉林大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 太阳能电池 化学水浴沉积法 连续化学水浴沉积法 光电化学性能
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


二氧化钛半导体薄膜在太阳能电池、传感器、光解水制氢等领域具有重要的应用前景。拓宽二氧化钛的吸光范围及提高其光吸收效率,促进光生电子和空穴的有效分离是目前太阳能电池领域的研究重点。本论文首先采用水热法在FTO基底上制备TiO2纳米棒阵列。分别利用FESEM、XRD、UV-vis等手段对TiO2纳米棒阵列的形貌、晶型以及光吸收性能进行了表征。并且通过I-V特性曲线对其光电流-电压特性进行了分析,得出在水热时间为14h时,短路电流最大,约为0.14mA。此时光电转换效率最高,约为0.1%。用化学水浴沉积（CBD）法能成功地使CdS颗粒沉积生长在TiO2纳米棒表面,并与TiO2形成异质结,其颗粒尺寸较大,约为100nm左右,这种经CdS敏化的TiO2纳米棒阵列光吸收性能有较大提高,光电流增加了5倍。采用连续化学水浴沉积（S-CBD）法成功地将CdS QDs沉积生长在了TiO2纳米棒表面,CdS QDs的尺寸大约在5～9nm之间。随着循环沉积次数的增加,CdS QDs在TiO2纳米棒表面的覆盖趋于完全;继续增加循环沉积次数,CdS壳层的厚度增加,并且颗粒尺寸变大,同时伴随着光吸收边的红移。光电流和光电转换效率均呈现出先增大后减小的规律。其中,在S-CBD的循环沉积次数为9时光电流达到最大值2.51mA,而在S-CBD为7时,电池的效率达到最大值1.91%。

全文目录


提要  4-5
中文摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章 绪论  13-28
  1.1 前言  13-14
  1.2 太阳能电池的发展史  14-15
  1.3 太阳能电池的分类  15-20
    1.3.1 硅太阳能电池  15-17
    1.3.2 多元化合物薄膜太阳能电池  17-18
    1.3.3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池  18
    1.3.4 纳米晶太阳能电池  18-20
  1.4 敏化纳米晶太阳能电池的工作原理  20-22
  1.5 无机半导体纳米材料与量子点  22-24
  1.6 太阳能电池的电流-电压输出特性  24-27
  1.7 论文的选题及意义  27-28
第二章 TiO_2纳米棒阵列的合成以及光电化学特性  28-39
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 实验主要试剂与仪器设备  28-29
    2.2.2 TiO_2 纳米棒阵列的制备  29-30
  2.3 TiO_2-NR 的表征  30-38
    2.3.1 TiO_2-NR 的FESEM 分析  30-33
    2.3.2 TiO_2-NR 的晶体形态分析（XRD）  33-34
    2.3.3 TiO_2-NR 的UV-vis 吸收光谱  34-35
    2.3.4 TiO_2-NR 的光电化学性能  35-37
    2.3.5 TiO_2-NR 的能量转化效率  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 CdS 颗粒敏化TiO_2-NR 的制备及其光电特性  39-50
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-41
    3.2.1 实验试剂与原料  40
    3.2.2 实验设备  40-41
    3.2.3 制备方法  41
  3.3 样品的表征  41-49
    3.3.1 CdS@ TiO_2-NR 的FESEM 表征  41-43
    3.3.2 CdS@ TiO_2-NR 的XRD 表征  43
    3.3.3 CdS@ TiO_2-NR 的UV-vis 收光谱  43-44
    3.3.4 CdS@ TiO_2-NR 的光电化学性能  44-45
    3.3.5 水浴时间对光电特性的影响  45-47
    3.3.6 CdS@ TiO_2-NR 的能量转化效率  47-49
  3.4 本章小结  49-50
第四章 CdS 量子点敏化TiO_2-NR 的制备及其光电特性  50-63
  4.1 引言  50-51
  4.2 实验部分  51-52
    4.2.1 实验试剂与原料  51
    4.2.2 实验设备  51
    4.2.3 制备方法  51-52
  4.3 样品的表征  52-62
    4.3.1 CdS QDs 敏化TiO_2-NR 的FESEM 表征  52-55
    4.3.2 CdS QDs 敏化TiO_2-NR 的TEM, HRTEM 表征  55-56
    4.3.3 CdS QDs 敏化TiO_2-NR 的XRD 及EDX 表征  56-58
    4.3.4 CdS QDs 敏化TiO_2-NR 的UV-vis 吸收性能的表征  58-59
    4.3.5 CdS QDs 敏化TiO_2-NR 的光电化学特性  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章 结论与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-72
攻读硕士期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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