染料敏化的TiO2纳米管薄膜的光电浸润性
染料敏化太阳能电池
新能源课程染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作教学实验报告电气01 王平090410204/22 Monday《染料敏化太阳能电池（DSSC）装置的制作》教学实验一、研究背景：随着工业发展和技术进步，人类对能源的需求与日俱增。
因此开发新的绿色能源，减少对环境的冲击影响，是迫切需要研究的课题。
绿色能源种类很多，本实验将针对染料敏化太阳能电池（DSSC）进行实验制作，以了解其设计原理及机制。
二、实验目的：了解染料敏化太阳能电池（DSSC）发电原理，掌握DSSC基本制作方法和的电池性能测定；理解决定DSSC性能的材料方面的影响因素，实验比较不同燃料、不同光线对电池性能的效果。
三、实验技能：学习研磨制样、材料的选择、万用电表的使用、涂布coating及组装、测试太阳能电池。
四、工作原理：本实验所制备的染料敏化太阳能电池（DSSC），是一个电化学反应过程装置。
由正极、负极、电解质液组成。
其中正极为涂布有石墨的导电玻璃；负极为涂布有二氧化钛的导电玻璃；二氧化钛为多孔纳米结构，吸附有染料或光敏剂；电解液为含碘化合物，能够产生I2/I-,被填充在正、负极之间。
DSSC太阳能电池是由一系列电子传递过程完成光能-电能转换的。
当光线照在负极侧，染料吸收光能发生电子跃迁，染料被氧化，电子经二氧化钛半导体传导，流动到负极的导电玻璃片进入外电路；电子到达正极后，电解液中的I2/I-氧化还原作用使得染料被还原到原始状态。
这样构成电子回路，产生电。
五、实验准备：1.材料：A．导电玻璃：具有高透过率、导电率，如ITO、FTOB．正极：导电能力强、有一定催化活性，如炭、铂C．二氧化钛：具有催化能力，高活性、比表面积大、分散均匀D．染料：具有吸光产生电子跃迁的有机材料。
天然光敏剂：价格便宜，性能不优化。
如自然界中的叶绿素、叶红素，水果榨汁等合成染料：价格贵，性能优化。
如N3、N749等图相对太阳光强度（灰线）与叶绿素（黑线）的吸收光谱E．电解液：注：高效率的DSSC需要：a.高比表面积TiO2电极；b.具有适当电位、低禁带的染料；c.高催化能力的正极；d.快速氧化还原能力的电解质；e.宽工作电压的溶剂2.仪器设备：电子天平、玛瑙研钵、药匙、微量吸管、透明导电玻璃、滤纸、镊子、万用电表、胶带、剪刀、直尺、塑胶滴管、玻璃棒、瓷坩埚、高温电炉、坩埚钳、隔热板、玻璃培养皿、2b铅笔、燕尾夹、标准光源箱、白炽灯、乳胶手套、纸巾。
TiO2半导体纳米材料
材料学《第二课堂》课程论文题目：TiO2半导体纳米材料姓名：学号：目录1. 课程设计的目的 (1)2. 课程设计题目描述和要求 (1)3. 课程设计报告内容 (1)3.1 TiO2半导体纳米材料的特性 (1)3.2 TiO2半导体纳米材料的制备方法 (3)3.3 TiO2半导体纳米材料的表征手段 (3)3.4 TiO2半导体纳米材料的发展现状与趋势 (4)4. 结论 (5)1.课程设计的目的本课程论文的主要目的是论述TiO2半导体纳米材料，通过简要概述TiO2半导体纳米材料的特性、制备方法、表征手段及发展现状与趋势等相关方面的内容。
通过这次课设，了解TiO2半导体纳米材料，巩固课堂上所学的有关纳米材料的有关知识，提高自己应用所学知识和技能解决实际问题的能力。
2．课程设计的题目描述及要求课程设计的题目：TiO2半导体纳米材料TiO2半导体纳米材料由于它具有不同于体材料的光学非线性和发光性质,在未来光开关、光存储、光快速转换和超高速处理等方面具有巨大的应用前景。
本文就TiO2半导体纳米材料的主要制备方法与表征手段做一全面总结。
3.课程设计报告内容3．1 TiO2半导体纳米材料的特性1、光学特性TiO2半导体纳米粒子(1～ 100 nm ) [2]由于存在着显著的量子尺寸效应, 因此它们的光物理和光化学性质迅速成为目前最活跃的研究领域之一, 其中TiO2半导体纳米粒子所具有的超快速的光学非线性响应及(室温) 光致发光等特性倍受世人瞩目。
通常当半导体粒子尺寸与其激子玻尔半径相近时, 随着粒子尺寸的减小, 半导体粒子的有效带隙增加, 其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移, 从而在能带中形成一系列分立的能级[1]。
2、光电催化特性1）TiO2半导体纳米粒子优异的光电催化活性近年来, 对纳米TiO2半导体粒子研究表明: 纳米粒子的光催化活性均明显优于相应的体相材料。
我们认为这主要由以下原因所致:①TiO2半导体纳米粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立的能级, 能隙变宽, 导带电位变得更负, 而价带电位变得更正。
【国家自然科学基金】_纳米多孔tio2薄膜_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
科研热词 生物活性 染料敏化太阳能电池 纳米结构薄膜 纳米结构316l 纳米晶体钛 碳球 直流磁控溅射 电化学阻抗谱 溶胶-凝胶 氧化锌纳米棒阵列 晶体生长 掺钽tio2薄膜 强度调制光电流谱 强度调制光电压谱 射频磁控溅射 多孔薄膜 光致发光 光学性质 介孔薄膜 二氧化钛 tio2薄膜 tio2多孔薄膜 tio2 fe掺杂 ar等离子体处理
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
科研热词 量子点敏化太阳能电池 纳米多孔tio2薄膜 电子传输特性 染料敏化太阳能电池 染料敏化太阳电池 强度调制光电流谱 强度调制光电压谱 对电极 光电转换效率 金属硫族复合物 量子点敏化 致密二氧化钛薄膜 聚乙二醇改性 硫化镉 硫化亚铜 硒化镉 界面动力学 电子注入 电子复合 浸蚀多孔铝模板 氧化钐 正交实验 染料敏化 效率 太阳电池 多孔cr-tio2薄膜 光伏特性 优化 亲水性 tio2阵列 tio2胶体 tio2/zno复合薄膜 cr-tio2/p3ht异质结
推荐指数 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2014亲水性 二氧化钛 tio2 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
染料敏化太阳能电池工作机理研究
中国科学: 物理学 力学 天文学 2012 年 第 42 卷 第 7 期
面积, 使其被广泛用于表面吸附分离和催化等领域[7]. 近年来, TiO2 介孔材料作为敏化太阳能电池光阳极中 吸附敏化剂的载体材料, 其合成方法和应用研究日 益受到重视[8,9].
纳米 TiO2 的合成方法主要有醇盐水解法、溶胶凝胶法、水热法等, 其中溶胶-凝胶法合成过程简单易 行, 水热法能直接制得结晶良好的高纯粉体, 因此常 用于纳米粉体的制备.
关键词 溶剂热合成, 二氧化钛, 介孔球, 太阳能电池
PACS: 71.22.+I, 73.22.-f, 61.46.-w
doi: 10.1360/132012-345
【江苏省自然科学基金】_光电性能_期刊发文热词逐年推荐_20140819
科研热词 推荐指数 射频磁控溅射 3 tio2纳米管阵列 3 阳极氧化 2 钛薄膜 2 透明电极 2 太阳能电池 2 tio2薄膜电极 2 肖特基二极管 1 缺陷 1 给体 1 纳米管阵列 1 电场分布 1 理想因子 1 溶胶凝胶 1 测试 1 水热法 1 柔性染料敏化电池 1 柔性染料敏化太阳能电池 1 效率 1 恒压阳极氧化 1 富勒烯 1 室温 1 太阳电池 1 噻吩聚合物 1 受体 1 势垒高度 1 击穿电压 1 光电性能 1 光催化 1 tio2纳米管 1 tio2 1 soi高压互连线 1 nh4f甘油 1 fto导电玻璃 1 4h-sic 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词 染料敏化太阳电池 阳极键合 结晶度 纳米tio_2 紫外处理 空心球 热应力 氧化锌 柔性染料敏化太阳电池 有限元分析 晶粒度 干涉法 席夫碱 可逆热色性 分级结构 低温烧结 tio2薄膜电极 4-氨基安替比林 2-羟基-1-萘醛
科研热词 可调光衰减器 钛薄膜 蓝光半导体 聚芴 绝缘层上硅 线阵ccd 纳米线 红外焦平面阵列 神经信号 直流磁控溅射 电致发光 电湿效应 电润湿微棱镜 漂移区电阻 液体变焦透镜 汽车制动性能 水热法 横向变掺杂 横向变厚度 染料敏化太阳能电池 探测 微电子 微流控光学 多次采样和滤波 多周期同步测频 噪声等效温差 噪声 功耗 击穿电压 共轭聚合物 光谱稳定性 光电性能 光学扫描 光学器件 低能发射带 介质上电润湿 二维时间延迟积分 二氧化钛 vxi tio2纳米管阵列 cpld
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池(Dye - sensitized solar Cells, DSSC电池)主要由宽带隙的多孔n型半导体(如TiO2 , ZnO等) 、敏化层(有机染料敏化剂)及电解质或p型半导体组成。
由于采用了成本更低的多孔的n - 型TiO2 或ZnO半导体薄膜及有机染料分子, 不仅大大提高了对光的吸收效率, 还大规模地降低了电池的制造成本, 所以具有很好的开发应用前景。
按照吸附层和电解质的不同,DSSC电池又包括两种类型: 含有液体电解质的染料敏化光电化学电池(Dye --Sensitized Photoelectro2chemical Cells, DSPEC) ; 固体有机电解质的染料敏化异质结太阳能电池(Dye - Sensitized Heterojunc2tion Solar Cells, DSH电池)。
Gratzel 等人于1993年在Nature上报道了用联吡啶钌染料RuL2 ( SCN) 2 (L = 2, 2’ - bipyridyl -4, 4 - dicarboxylate, 即2, 2’ - 联吡啶- 4, 4’- 二羧酸)作敏化剂的DSPEC太阳能电池, 能量转化效率达到10 以上。
该染料具有很高的稳定性,经过5 ×107 次循环(相当于在自然光下20年)都不会有光伏损失, 使这种技术商业化应用成为可能。
由于采用了廉价的TiO2 材料和有机敏化剂, 这种电池转化效率高, 制造工艺更加简单, 成为近年来的研究热点。
染料敏化太阳能电池的结构和工作原理DSC电池的结构如图1所示, 主要包括3部分: 吸附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。
染料吸收光子后发生电子跃迁, 光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。
失去电子的染料分子成为正离子, 被还原态的电解质还原再生。
还原态的电解质本身被氧化, 扩散到对电极, 与外电路流入的电子复合, 这样就完成了一个循环。
二氧化钛ppt课件
带结构，扩展TiO2的光响应范围，减少电子和空 穴的复合，从而有效地提高TiO2的量子效率。 因此，本课题选用稀土元素Gd和非金属N作为掺
杂基质，将其应用于制备有序阵列TiO2纳米管薄 膜。
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目前制备有序阵列TiO2纳米管的方法有：阳极氧化法、模板 合成法、水热合成法等。
N/Gd共掺杂TiO2溶胶的制备： 将一定质量分数的硝酸钆和一定配比的氨水溶液，加入上面 B溶液中，重复上面过程就得到掺杂样品。
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3.3 电泳沉积法制备有序阵列纯TiO2及N/Gd共掺杂TiO2纳米管薄膜
将铂钛网作为阳极，与以有效面积为 2.6cm×7.5cm且经后处理的多孔氧化铝 模板为阴极，分别插入盛有纯TiO2和 N/Gd共掺杂的TiO2溶胶的电解池中，施 加2～5V直流电压，通电时间1～3min后， 将PAA模板带电取出，在潮湿的空气中 干燥后于管式炉中N2气氛300～700℃煅 烧30min。将经过煅烧的模板表面用 1500号砂纸打磨后，置于60℃的H3PO4 （6wt%）和H2CrO4（1.8wt%）混合液中， 使氧化铝模板部分溶解，从而暴露出在 氧化铝孔道中生成的N-Gd-TiO2/Al纳米 管阵列体系，然后小心地放在静止的去 离子水中反复浸泡，在空气中晾干。
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2. 研究内容
掺杂溶胶和 PAA模板的 制备
电泳沉积 工艺
阵列纳米管 薄膜表征
（1）选用稀土元 素Gd和非金属元 素N为共掺杂基质， 研究N/Gd共掺杂 产生的协同效应 及与TiO2基质的 相互作用。 （2）考察不同电 解液浓度，氧化 电压，氧化时间 等工艺条件对 PAA模板结构的 影响。
纳米技术在能源领域的应用探讨
纳米技术在能源领域的应用探讨能源，作为现代社会发展的基石，其重要性不言而喻。
而随着科技的不断进步，纳米技术正逐渐成为能源领域的一颗璀璨新星，为解决能源问题带来了新的希望和机遇。
纳米技术，简单来说，就是在纳米尺度（1 100 纳米）上研究和应用物质的特性和相互作用。
这个尺度下，物质会展现出与宏观状态截然不同的物理、化学和生物学特性。
当纳米技术应用于能源领域时，它为能源的生产、存储、转化和利用等各个环节都带来了创新性的改变。
在能源生产方面，纳米技术在太阳能领域的应用表现出色。
传统的太阳能电池通常基于硅材料，其效率和成本一直是限制大规模应用的因素。
而纳米技术的引入，为太阳能电池的发展开辟了新的道路。
例如，纳米晶体太阳能电池，通过使用纳米尺寸的半导体晶体，能够更好地吸收太阳光，提高光电转换效率。
另外，染料敏化太阳能电池（DSSC）也是纳米技术的杰作。
在这种电池中，纳米多孔的二氧化钛薄膜被用作电极，其巨大的比表面积可以吸附更多的染料分子，从而增强对太阳光的捕获能力。
而且，纳米技术还能用于优化太阳能电池的制造工艺，降低成本，使得太阳能发电更加经济可行。
能源存储是能源领域的另一个关键环节，而纳米技术在这方面也发挥着重要作用。
以锂离子电池为例，纳米材料的应用显著提升了电池的性能。
纳米级的电极材料，如纳米硅、纳米碳等，具有更大的比表面积和更短的离子扩散路径，能够加快充放电速度，提高电池的容量和循环寿命。
同时，纳米技术还可以用于制造新型的超级电容器。
超级电容器具有极高的功率密度和快速充放电能力，而纳米结构的电极材料，如纳米碳管、石墨烯等，能够进一步提高超级电容器的性能，使其在电动汽车、智能电网等领域有着广阔的应用前景。
在能源转化方面，纳米技术为燃料电池的发展提供了有力支持。
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、清洁的特点。
然而，燃料电池中的催化剂通常是贵金属，如铂，成本高昂且资源有限。
纳米技术的出现为解决这一问题带来了转机。
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纳米棒的孔隙 ， 从而实现图案化浸润 ， 并可能用于液体复印． 要实现光电协同激励的各 向异性 浸润 ， 必须引入具有规整阵列结构的光导层． ｉ 带隙 ３２ｅ ） ＴＯ（ ． Ｖ 是重要 的光电功能材料 ， 用于 自清洁表面及 太阳能电池等领域一直是研究 的热点Ｅ ． ９ 本文制备了具有各 向异性浸润特性 的 Ｔ ．
钛 箔 （ ｌ ｅａ 公 司 ， 度 ９ ． ％ ） Ａｆ Ａ ｓｒ ａ 纯 ９ ７ ；氟化铵 （ 汕头 市西 陇化工 厂有 限公 司 ， 析纯 ） 分 ；乙二醇 （ 北 京化工 厂 ， 析 纯 ） Ｎ 分 ； ３染料 （ 士 Ｓｌｒｎ 瑞 ｏ ｏｉ 司 ） ａ ｘ公 ；乙醇 （ 京化 工厂 ， 北 分析 纯 ） ；电解 质 ： ．２ｍ ｌＬ ００ ｏ ／
光、 电或热等外界激励条件可控制固体表面从超疏水状态转变为亲水状态ｌ Ｊ 单一激励作用下 的浸 １ ．
润性 控制 往往存 在 响应 速度 慢及控 制灵 活性 差等缺 点 ，同时 限制 了其 在复 杂条 件 下 的应用 ．为 了实 现
更为有效的浸润性控制 ， 多重激励作用之间的相互协同控制 ， 特别是光电协 同激励 的应用 ， 使表面浸
２ ６ ８２
高 等 学 校 化 学 学 报
１ ２ 样 品制备 ．
室温下 ，在质量 分数 为 ０２ ％ 的 Ｎ ．５ Ｈ Ｆ乙二醇溶 液 中 ，以钛箔 为 阳极 ， 墨为 阴极 ， 石 采用 ６ 电 ０Ｖ 压 阳极氧化 ２ｈ 制备 ＴＯ ， ｉ 纳米 管 阵列 ， 然后 在 ４ ０℃下退 火 ０ ５ｈ ５ ． ，自然 冷却 至室温 ．取适 量 的 Ｎ ３染
构 ，同时阳极氧化 的非均匀性增加 了表面的粗糙 度．ｕ — ｉ Ｖ Ｖｓ吸收光谱及 电化学 阻抗谱结 果表明 ，薄膜具有 优异 的光 电性能．通过施加超过一定阈值的 电压 ， 液滴在薄膜表面 由超疏水状态转变为亲水状态 ．利用光电 协 同激励作用时 ，阈值 电压 比单独使用 电激励时降低 了 １ 这是使用高效的 Ｎ ０Ｖ， ３染料光 电敏化层的结果．
膜 ， 用无 机钌染 料 Ｎ 并 ３敏 化 ，以提高光 导层 对可见 光 的响应 ．在较低 的光 电调 控 电压 下实 现薄膜 表面 浸润性 转 变 ， 讨 了通 过对 纳米 结构 光导层 的设计 和 电毛细 压力 的精确 控制来 实 现对 微小 尺度 液体 的 探
精确控制． 这将为该领域的研究提供有价值的借鉴．
Ｖｏ ． ２ １３ ２１ ０ １年 １ ２月
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ Ｓ ＮＥ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＥＳ ＩＩ
Ｎｏ １ ．２
２ ６ ８ １～２ ６ ８ ４
染 料 敏化 的 ＴＯ 纳米 管薄 膜 的光 电浸 润 性 ｉ２
收稿 日期 ： ０ １３－３ ２ １４２２ ．
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ 准号 ： ０７ ０ ０ 、 批 ２ ９ １ １ ） 高等学 校博士学科 点专项科研基 金（ 批准号 ： ０ ０ １２ ２０ １ 、 ２ １１０ １０ ５ ） 国家“ 九七 三” 计划项 目（ 批准号 ： ０ ０ Ｂ ３ ７０ 和中央高校基本科研业务费专项资金（ ２ １ Ｃ ９ ４０ ） 批准号 ： ＷＦ １２ １Ｂ ６ 资助． Ｙ ２０ ０ ２ １ ） 联系人简介 ： 范 翟 霞， ， 女 博士 ， 讲师 ， 主要从事光 电功能界面材料研究．Ｅｍ ｉ ｆ ｘ ＠ｂ ａ．ｄ ．ｎ — ａ ：ａ ｉ ｕａ ｅｕ ｅ ｌ ｎａ 锦， ， 女 博士 ， 教授 ， 士生导师 ， 博 主要从事光 电功能界面材料研究．Ｅｍ ｉ ｚａｉ＠ｂ ａ．ｄ ．ｎ — ａ ： ｈｉｎ ｕ ａｅｕ ｅ ｌ ｊ
ＬＴ ０ ０ ｏ ＬＩ 的 乙腈 溶液 （ ｉ 和 ． ２ｍ ｌ ： ／ 瑞士 Ｓ ｌ ｏ ｉ 公 司 ） 去离 子水 （ ｖ ７ ／ ，Ｍ ｌ— ｏａ ｎｘ ｒ ； Ｌ＝ ２ｍＮ ｍ） ｉｉ ｌＱ超纯水 ．
Ｈ １６ １Ｌ Ａ型直流稳压 电源 （ Ｂ ７０ Ｓ２ 上海美 田电器公 司） Ｏ Ａ ０型光 学视 频接触角仪 （ 国 Ｄ ｔ ； Ｃ２ 德 ａ． ａ ｐｙｉ 公 司 ） ｈｓ ｓ ｃ ；马弗 炉 （ 津市 中环 电炉 厂 ） Ｅ ￥ ０ 天 ；Ｓ Ｍ ４３０型 场 发射 扫 描 电子 显 微 镜 （ 日本 Ｈｔ ｈ 公 ｉｃｉ ａ 司） Ｕ３ １型紫外一 ； 一 ０ ０ 可见光谱仪 （ 日本 Ｈｔ ｈ 公司） Ｉ ６ 型阻抗分析仪 （ 国 Ｚｈｅ 公 司） Ｃ Ｈ ｉｃｉ ａ ；Ｍ ｅ 德 ａｎｒ ；Ｍ 一 ２０型太阳能模拟器（ ５ 北京奥博迪光电技术有限公 司） ．
关键词 ＴＯ 纳米管 ； ３染料 ； 电协 同 ； ｉ Ｎ 光 浸润性转变 ； 向异性 各 ０ ４ ６９ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０ ５ －７ ０ ２ １ ）２２６ － ２ １０９ （０ １ １—８ １Ｏ ４ 中图分类号
固体 表面 的浸润 性控制 在药 物释 放 、激励 系统及 生物 分离 方 面表 现 出广 泛 的应用 前景 ．通过 施 加
润 性调控 更智 能 ， 更精 确 ．Ｃ ｉ ｈｏ ｕ等 通过 光 电协 同作 用在平 滑表 面实 现 了有 效 的表 面浸 润性 控制 ， 包
括液体的铺展 、 运动 、 分离和合并等． 但平滑表面为各向同性润湿 ， 不能有效地控制液体浸润铺展 ． Ｊ
Ｔａ ｉｎ等 报 道 了用 Ｚ Ｏ纳米 棒阵 列结构 作 为各 向异 性浸 润 的光导层 ， ｎ 在光 电协 同作 用下 ， 使液体 润湿
范 霞 ， 娴 ，田东亮 ， 锦 ， 李 翟 江 雷
（ 北京航空航天大学化学与环境 学院 ， 北京 １０ ９ ） ０ １ １
摘要
采用阳极氧化法在钛箔表面制备 ＴＯ ｉ 纳米管阵列 ，并在其表 面修饰 Ｎ ３染料 （ ｕｈｎｕ ｙ ） Ｒ ｔｅｉｍ ｄｅ 作敏化
剂 ， 氟硅烷来提高表面疏水性 ， 得超疏水 薄膜．Ｓ Ｍ 测定结果 表 明，纳米 管薄膜 具有各 向异性 浸润结 用 获 Ｅ