硅基微納結(jié)構(gòu)與暴露（001）面銳鈦礦二氧化鈦納米材料的制備研究

發(fā)布時(shí)間：2020-08-06 17:24

【摘要】：硅/有機(jī)雜化太陽能電池(Silicon-based inorganic/Organic Hybrid Solar Cells,簡寫為SOHCs)結(jié)合了晶硅太陽能電池和有機(jī)太陽能電池的優(yōu)勢,成為近幾年來研究的熱點(diǎn),而硅基微納結(jié)構(gòu)的引入能有效減少器件的反射強(qiáng)度,增大有機(jī)物與硅基材料的接觸面積,從而利于器件性能的提高。另一方面,高暴露(001)面銳鈦礦二氧化鈦(TiO_2)由于其高表面能而具有較高的光催化活性,在光催化、太陽能電池等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。為此,本論文系統(tǒng)的研究了SOHCs中硅基微納結(jié)構(gòu)的制備,同時(shí)成功制備高暴露(001)面銳鈦礦TiO_2薄膜并開展了表面特性的相關(guān)測定工作,最后,初步拓展二種材料在SOHCs電池中的應(yīng)用探索。本論文主要開展了以下工作:1.采用水浴法,在堿性環(huán)境中成功制備了金字塔型硅基納米材料,為SOHCs太陽能電池的結(jié)合組裝奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)C_(KOH)=0.10 mol/L,C_(IPA)=0.10mol/L,T=80℃時(shí)反應(yīng)20 min,可以獲得尺寸均勻,缺陷較少,結(jié)構(gòu)完整,分布均衡且反射率較低的金字塔型Si基材料。2.采用金屬輔助化學(xué)刻蝕法,在金字塔結(jié)構(gòu)表面制備納米線,構(gòu)成金字塔/納米線的復(fù)合結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,金字塔表面納米線長度隨著刻蝕時(shí)間增長而增加且其反射率降低,但過長的刻蝕時(shí)間又會破壞金字塔整體結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致反射率上升,并且改變H_2O_2的濃度會使納米線的生長方向發(fā)生變化。在三種不同硅基微納結(jié)構(gòu)器件的電流密度-電壓測試中,硅金字塔/納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)器件的短路電流密度最高,也證明了其較高的陷光能力和較高的光電轉(zhuǎn)換效率。3.采用水熱法,在FTO基底上制備暴露(001)表面銳鈦礦TiO_2薄膜。XRD、和SEM結(jié)果表明4h反應(yīng)時(shí)長得到的銳鈦礦TiO_2表面{001}晶面比例最高。由于單層結(jié)構(gòu)的電極未達(dá)到飽和光電流狀態(tài),采用復(fù)合溶膠-凝膠法和水熱法制備了以暴露(101)表面致密的TiO_2膜為襯底的雙層結(jié)構(gòu)電極(簡稱A001),有效克服電解液通過TiO_2顆粒間隙與FTO表面的直接接觸,從而實(shí)現(xiàn)飽和光電流的產(chǎn)生。4.初步探索了具有不同官能團(tuán)的芳香族有機(jī)物在銳鈦礦TiO_2(001)表面的吸附降解過程,類似的慢反應(yīng)常數(shù)表明,在光催化降解過程中,苯環(huán)主要被光電催化水中產(chǎn)生的羥基自由基的降解。但差異較大的快反應(yīng)常數(shù)證明其界面反應(yīng)能力與有機(jī)官能團(tuán)在(001)表面吸附能強(qiáng)弱有關(guān),首次采用光電化學(xué)法在實(shí)驗(yàn)上證明了理論計(jì)算中不同官能團(tuán)化合物與(001)表面吸附能的強(qiáng)弱,帶有羧基的芳香族化合物在(001)表面具有更強(qiáng)吸附能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推測,當(dāng)高暴露(001)銳鈦礦TiO_2納米材料作為緩沖層應(yīng)用于SOHCs中,添加羧基有機(jī)化合物分子可增加異質(zhì)界面接觸能力而提高電子傳輸效率。
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ134.11;TM914.4
【圖文】：