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钛植入体表面碳基纳米材料改性tio2纳米棒阵列抗菌性能研究

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钛植入体表面碳基纳米材料改性TiO2纳米棒阵列抗菌性能研究

作者：赫东梅太原理工大学

学位级别：硕士

钛(Ti)因其良好的生物相容性、耐腐蚀性及力学性能,被广泛应用于骨科和口腔科等植入材料。然而,细菌引起的钛植入体相关感染在临床上仍普遍存在。通过在Ti表面引入无机抗菌剂(Ag、Cu、Zn等)或构建抗菌纳米结构可有效解决术后感染,但重... 详细信息

钛(Ti)因其良好的生物相容性、耐腐蚀性及力学性能,被广泛应用于骨科和口腔科等植入材料。然而,细菌引起的钛植入体相关感染在临床上仍普遍存在。通过在Ti表面引入无机抗菌剂(Ag、Cu、Zn等)或构建抗菌纳米结构可有效解决术后感染,但重金属离子的毒性问题,及纳米结构过低的抗菌能力,限制了它们的临床应用。碳基纳米材料(如碳点、石墨烯量子点)因其较高的生物相容性和独特的物理化学性能而受到广泛关注,同时它们也具有抗菌性能,在抗菌领域有着广泛的应用前景。基于此,本课题首先通过水热处理在Ti表面构建了tio纳米棒阵列(tio NR),然后分别利用具有良好生物相容性的碳点(CDs)和石墨烯量子点(GQDs)对其改性,CDs改性tioNR赋予了Ti植入体光辅助高效抗菌能力,而GQDs改性tioNR使Ti植入体具有了优良接触抗菌能力。具体主要研究内容如下:(1)采用CDs分散液为溶剂,对表面生长了tio NR的植入体进行二次水热处理,在Ti表面制备了CDs掺杂的tioNR(C-tio NR)。通过X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对C-tio NR的微观结构进行表征,证实了CDs被成功掺杂到tioNR表面上。接触角测试结果表明,C-tio NR具有良好的亲水性能。C-tio NR在660 nm光照下具有良好的光催化性能,而在808 nm光照下展现出优良的光热性能。双光(660 nm+808 nm)照射下,由于热疗、活性氧(ROS)及纳米棒结构的协同作用,C-tio NR在15 min内对金黄色葡萄球菌即可展现出优良的体外和体内抗菌能力。此外,细胞实验结果表明,C-tio NR还能促进骨髓间充质干细胞的粘附及铺展。(2)采用GQDs分散液为溶剂,对表面生长了tio NR的植入体进行二次水热处理,在Ti表面制备了GQDs改性的tioNR(G-tio NR)。物相分析结果表明,tioNR被GQDs成功改性。G-tio NR可以通过静电吸附的方式捕获细菌,再借助组氨酸功能化的GQDs与tio纳米棒穿刺的联合作用,G-tio NR在24 h内对变异链球菌展现出优良的体外和体内接触抗菌能力。细胞骨架实验证实了G-tio NR具有良好的生物相容性。此外,动物实验表明G-tio NR在控制感染情况下,可有效促进新骨的生成。

关键词：钛 tio2纳米棒阵列碳点石墨烯量子点抗菌性能生物相容性

全固态AgSbS2敏化tio2纳米棒阵列太阳电池的制备及其光伏性能的研究

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全固态AgSbS2敏化TiO2纳米棒阵列太阳电池的制备及其光伏性能的研...

作者：徐亮合肥工业大学

学位级别：硕士

三元金属硫族化合物银锑硫（AgSbS）具有三维晶体结构、合适的带隙（1.7-2.0e V）、较高的光吸收系数(α=10～5cm)、组成元素毒性低等特性,是一种有发展潜力的太阳电池吸收层材料。本文使用银-硫脲（Ag-Tu）和锑-硫脲（Sb-Tu）配合物的... 详细信息

三元金属硫族化合物银锑硫（AgSbS）具有三维晶体结构、合适的带隙（1.7-2.0e V）、较高的光吸收系数(α=10～5cm)、组成元素毒性低等特性,是一种有发展潜力的太阳电池吸收层材料。本文使用银-硫脲（Ag-Tu）和锑-硫脲（Sb-Tu）配合物的DMF溶液作为前驱体溶液,通过热解法在tio纳米棒阵列上制备AgSbS薄膜,并组装全固态AgSbS敏化tio纳米棒阵列太阳电池。系统研究了tio纳米棒阵列微结构、AgSbS薄膜的热解法制备以及spiro-OMeTAD:P3HT杂化空穴传输层的使用对AgSbS敏化tio纳米棒阵列太阳电池光伏性能的影响。主要研究内容与结果如下:（1）利用水热法在FTO/tio致密层衬底上制备了tio纳米棒阵列,系统研究了水热生长液中钛酸四异丙酯浓度对tio纳米棒阵列的微结构、晶相和光学吸收的影响。结果表明,当水热温度为170℃、水热时间为100 min,水热生长液中钛酸四异丙酯的浓度从40 m M提高到44 m M、48 m M时,tio纳米棒阵列的长度、直径、面密度均逐渐增加。（2）使用Ag-Tu和Sb-Tu配合物的DMF溶液作为前驱体溶液,通过热解法在tio纳米棒阵列上沉积了AgSbS薄膜。系统研究了tio纳米棒阵列的微结构对所得AgSbS敏化tio纳米棒阵列的晶相、微结构、光学吸收以及相应太阳电池光伏性能的影响。结果表明,当钛酸四异丙酯浓度为44 m M,所得tio纳米棒阵列长度为900 nm、直径为30 nm、面密度为430μm时,所组装的AgSbS敏化太阳电池获得了1.54%的光电转换效率（PCE）。（3）通过向有机小分子空穴传输层spiro-OMeTAD中引入有机聚合物P3HT制备spiro-OMeTAD:P3HT杂化空穴传输层,用于组装全固态AgSbS敏化tio纳米棒阵列太阳电池,系统研究了spiro-OMeTAD中P3HT的加入量对相应太阳电池光伏性能的影响。当spiro-OMeTAD中P3HT的加入量为1.5mg/m L时,所组装的全固态AgSbS敏化tio纳米棒阵列太阳电池的PCE从没有加入P3HT的1.54%提升到了1.71%。

关键词： tio2纳米棒阵列 AgSbS2薄膜热解法 spiro-OMeTAD:P3HT AgSbS2敏化太阳电池

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tio2纳米棒阵列的制备与改性研究

TiO2纳米棒阵列的制备与改性研究

作者：左勇安徽大学

学位级别：硕士

为了应对世界范围内的能源危机和环境污染问题,人类正逐步尝试开发利用太阳能这一取之不尽、用之不竭的清洁型能源。太阳能电池是将太阳能转化为电能的重要载体,在这个过程中扮演着不可忽视的角色。而半导体材料作为太阳能电池的核心部... 详细信息

为了应对世界范围内的能源危机和环境污染问题,人类正逐步尝试开发利用太阳能这一取之不尽、用之不竭的清洁型能源。太阳能电池是将太阳能转化为电能的重要载体,在这个过程中扮演着不可忽视的角色。而半导体材料作为太阳能电池的核心部分,是各国学者合理设计及应用太阳能电池的基础。半导体二氧化钛(tio)是常用的太阳能电池光阳极材料,在光电转化、光催化降解、光解水制氢等众多方面都有广泛应用。独特的能级结构、良好的光稳定性、无毒易制备等优点使其在生物、环境、能源等领域有着广阔的应用前景。在众多tio纳米材料的形貌中,密集有序的一维纳米棒阵列结构由于其高效的电子转移效率、良好的光散射效应、较低的界面电阻等优势已经引起人们深入的研究和关注。本文通过水热反应在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了密集有序的tio纳米棒(TNR)阵列,并构建了以贵金属和窄带隙半导体修饰TNR的三元体系,研究探讨了所得体系的形貌表征以及光电性能。主要的研究内容如下:以FTO导电玻璃为基板,首先采用水热反应制备了TNR阵列,然后通过湿化学法和原位硫化的方法合成了Ag-AgS量子点(QDs)共修饰的单晶TNR阵列。通过改变样品Ag/TNR在含硫粉的N-N-二甲基甲酰胺溶液中的反应时间来控制原位生长AgS量子点的尺寸和含量。对所有获得的样品进行了结构和性能表征。研究结果表明,原位反应12小时的样品Ag-AgS/TNR表现出最佳的光电流密度(0.082 mA/cm)和光催化效率(62.2%),分别为单独TNR的5.5和1.85倍。这些性能改善的原因可以概括为以下两个方面:一方面贵金属Ag的局域等离子共振(SPR)效应拓宽了样品对光的响应范围,另外,Ag-AgS材料之间的协同效应加速了光激载流子的传输和转移。因此,Ag-AgS量子点共修饰的TNR阵列能够有效的抑制光生电子-空穴对的复合,从而提升Ag-AgS/TNR材料整体的光电化学和光催化性能。利用连续的水热反应和原位阳离子交换的方法,成功地构建了以InS纳米片和CdS量子点共修饰的密集有序的TNR阵列。通过改变样品tio/InS在Cd溶液中的反应时间来探究CdS量子点含量和尺寸对样品整体性能的影响。研究了所有样品的表征形貌和光电性能。测试结果显示,相比较于未经修饰的tio纳米棒阵列,改性后的样品tio/InS/CdS可以显著增强对可见光的吸收,加速表面光生载流子的分离及转移,从而提升三元体系的光电化学和光催化性能。其中,样品tio/InS/CdS(30 min)的光电流密度(0.18 mA/cm)和光催化效率(58.8%)分别为未经敏化TNR的18倍和6倍。这些性能的增强与样品tio/InS/CdS各组分之间的协同效应密切相关。由于InS和CdS相对较窄的禁带宽度,因此在tio/InS和InS/CdS界面均存在着Ⅱ型纳米异质结,这种双向的电子转移路径极大的提升了电子传输效率,此外,片状结构的InS具有较大的表面积也增强了对可见光吸收,这些协同效应提升了三元样品整体的性能。

关键词： tio2纳米棒阵列量子点修饰协同效应光电化学性能

tio2纳米棒阵列基无空穴传输层碳对电极钙钛矿太阳能电池研究

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TiO2纳米棒阵列基无空穴传输层碳对电极钙钛矿太阳能电池研究

作者：王佳敏华中师范大学

学位级别：硕士

随着传统的化石能源的日益枯竭,人们转向了对新能源的开发利用。从最初的硅基太阳能电池到现在的染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs),其中PSCs更是凭借其全固态安全性和制作工艺简单等优点,得到了广泛的研究。迄今为止,... 详细信息

随着传统的化石能源的日益枯竭,人们转向了对新能源的开发利用。从最初的硅基太阳能电池到现在的染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs),其中PSCs更是凭借其全固态安全性和制作工艺简单等优点,得到了广泛的研究。迄今为止,PSCs的光电转换效率已经超过20%在传统的PSCs结构中通常包含有空穴传输材料(HTM)和贵金属对电极,HTM和贵金属的使用无疑会提高电池的制作成本。为了减少电池的成本和简化电池制作工艺,研究者使用了一种丝网印刷技术来制备PSCs。其中Han课题组通过丝网印刷技术直接在覆有晶种层的FTO导电玻璃上分别刷上tio层,ZrO层和C层,再将钙钛矿前驱液直接滴入,获得了超过12%的光电转换效率,有希望实现产业化。为了进一步减少PSCs的制作成本,我们考虑使用低温C代替需要高温退火的C浆料,并且省去ZrO2层,使得电池的结构变为更加简单。同时考虑到Ti02纳米棒阵列(tio2 nanorod arrays,tio2-NR)相对于tio颗粒具有更快的电子传输速率和光散射能力,因此本论文采用水热法制备了 tio-NR作为电子传输层材料,并组装成无空穴传输层碳对电极的PSCs。研究了不同水热条件下tio-NR对PSCs性能的影响,具体工作内容如下:(1)制备Ti02-NR基C对电极PSCs,研究阵列参数对电池性能的影响。利用水热法在覆有晶种层的FTO导电玻璃上生长Ti02-NR,通过对不同水热条件下生长的纳米棒阵列进行SEM表征,讨论在不同水热条件下纳米Ti02的生长过程。将不同水热条件下生长的tio-NR组装成PSCs(具体结构为:FTO/ETL/Ti02-NR/ZrO2/C),再将钙钛矿前驱液从碳层滴入,退火后对其进行J-V性能测试。实验结果表明电池的性能受阵列孔隙和tio-NR长度共同影响。将140℃/3h水热条件下生长的tio-NR组装成PSCs,电池的开路电压为0.85V,短路电流密度是18.59mA/cm2,光电转换效率达到7.5%。(2)为了进一步减少电池制作成本,我们在(1)的研究基础上去除了Zr0层,采用反溶剂法制备了结晶性良好的MAPbI吸光层,并使用低温C代替需要高温退火的碳浆。省去两步退火步骤,使制作工艺变得更加简便,制备的电池结构更加简单(具体结构为:FTO/ETL/tio-NR/MAPbI/C)。在(1)的研究结果基础上,将140℃/2h和140℃/3h水热条件下生长的tio-NR组装成低温碳对电极PSCs。对tio-NR进行PL测试,结果表明水热140℃/2h条件下制备的纳米棒阵列有着更快的电子注入速率。以及对电池进行J-V性能测试,实验结果表明水热140℃/2h条件下制备的tio-NR所组装的电池有着更高的短路电流密度,其平均短路电流密度达到了 17.16 mA/cm远高于水热140℃/3h条件生长的tio2-NR组装的电池的短路电流密度(13.56 mA/cm2)。基于水热140℃/2h条件下制备的Ti02-NR组装的电池获得了最高7.2%的光电转换效率,平均光电转换效率达6.2%。

关键词：水热法 tio2纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池无空穴传输层碳对电极

tio2纳米棒阵列的荧光增强特性与光催化自清洁特性研究

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TiO2纳米棒阵列的荧光增强特性与光催化自清洁特性研究

作者：郜昶宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

荧光探测技术在生物分子和生物细胞探测领域具有重大的应用价值,但是探测荧光信号的灵敏度有时不能满足人们的需求,而采用高性能的荧光增强基底是一种提高探测灵敏度的可行办法。荧光增强基底的概念是以纳米结构为基础的基底,在外界光... 详细信息

荧光探测技术在生物分子和生物细胞探测领域具有重大的应用价值,但是探测荧光信号的灵敏度有时不能满足人们的需求,而采用高性能的荧光增强基底是一种提高探测灵敏度的可行办法。荧光增强基底的概念是以纳米结构为基础的基底,在外界光场激发的条件下凭借材料独特的性质,提升吸附在荧光增强基底附近的荧光素分子的受激发概率,从而可以对不同的荧光素分子实现荧光增强的效果,以及增强由荧光素分子发出的荧光信号被探测能力。与以金属纳米材料为基础的荧光增强基底相比,无机非金属材料例如硅、二氧化硅、氧化锌(Zn O)等,以其为基础的荧光增强基底,具有防止荧光猝灭、折射率相对较高、形貌可控、制备方便、成本较低等特殊优势,与此同时还具有优异的荧光增强特性,成为了具有研究价值的课题。然而,目前人们所研究的荧光增强基底依然具有不可重复使用的缺点,针对该问题,本论文研究以二氧化钛(tio)纳米棒阵列为基础的荧光增强基底的荧光增强特性,特别是tio纳米棒阵列的光催化自清洁特性,从而验证基于tio纳米棒阵列的荧光增强基底的可重复使用性。本论文主要研究内容分为三个方面:首先,制备tio纳米棒阵列。采用磁控溅射制备了tio薄膜,随后对薄膜样品进行退火处理,得到了适合作为纳米棒阵列籽晶层的tio薄膜。本实验选用水热法在tio籽晶层上制备形貌理想的tio纳米棒阵列,分别改变前体溶液中钛酸四丁酯的用量以及p H等实验条件,得到直径范围在80 nm-240 nm的tio纳米棒阵列。其次,本论文通过实验研究了以tio纳米棒阵列为基的荧光增强基底的荧光增强特性。制备直径、密度接近的tio、Zn O纳米棒阵列,以荧光素罗丹明6G(R6G)为荧光探针,通过荧光显微镜得到样品的荧光强度并与没有样品的硅片衬底进行比较,验证了tio纳米棒阵列对R6G具有一定的荧光增强效果。制备直径分别为80 nm、120nm、160 nm、200 nm以及240 nm的tio纳米棒阵列,对比以及分析直径不同的tio纳米棒阵列的荧光增强特性,其中直径为160 nm的tio纳米棒阵列的荧光增强效果相对较好,其荧光信号强度约为硅衬底的28倍。最后,本论文研究了tio纳米棒阵列的光催化自清洁特性。将测试过的浸泡R6G的样品在氙灯下进行照射,调整合适的紫外光波长、照射时间、样品与光源间的距离,在荧光显微镜下再次测量tio纳米棒阵列荧光强度信号,对比紫外光照射前后tio纳米棒阵列荧光信号强度的变化,并对比分析硅片、tio纳米棒阵列以及Zn O纳米棒阵列对R6G的降解效果。测试不同直径tio纳米棒样品,对比它们对R6G的降解效果,包括对比降解R6G速率以及可重复使用性,分析不同样品性能差异的原因,其中直径为160 nm的纳米棒荧光信号强度的恢复效果最好,可以达到原荧光信号强度的95%左右,并且展现了优良的可重复使用性。本论文为以tio纳米棒阵列为基的自清洁荧光增强基底的研发奠定了基础。

关键词： tio2纳米棒阵列磁控溅射法水热法荧光增强特性自清洁特性

tio2纳米棒阵列的制备、性质及在染料敏化太阳能电池中的应用研究

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TiO2纳米棒阵列的制备、性质及在染料敏化太阳能电池中的应用研究

作者：徐春玲重庆大学

学位级别：硕士

二氧化钛因其资源丰富、安全无毒、化学性质稳定等优点已经成为人们研究的热点。由于一维二氧化钛纳米线/纳米棒薄膜具有很好的超疏水性能和光电性能，在自清洁、防污、疏水、抑制表面腐蚀材料以及染料敏化太阳能电池(DSSCs)领域具有广... 详细信息

二氧化钛因其资源丰富、安全无毒、化学性质稳定等优点已经成为人们研究的热点。由于一维二氧化钛纳米线/纳米棒薄膜具有很好的超疏水性能和光电性能，在自清洁、防污、疏水、抑制表面腐蚀材料以及染料敏化太阳能电池(DSSCs)领域具有广阔的应用前景，因此有必要对其进行系统的研究。本论文，一方面采用水热法在含不同浓度的HCl生长液中制备出不同形貌的tio纳米棒阵列，利用XRD、SEM、XPS等测试手段对薄膜进行表征和分析，研究了HCl浓度对薄膜表面形貌的影响。采用疏水试剂对tio纳米棒阵列薄膜进行了表面修饰，处理后的薄膜达到了超疏水效果。在此基础上，分析了HCl浓度和疏水试剂对tio纳米棒阵列薄膜疏水性能的影响。另一方面，用溶胶凝胶与水热合成相结合的方法在FTO衬底上制备了含晶种层的tio纳米棒阵列，进行了XRD、SEM、紫外‐可见分光光度计测试，研究了晶种溶液浓度对薄膜结构、形貌和染料吸附量的影响。对含有晶种层的tio纳米棒阵列基DSSCs测试了I-V曲线和暗电流，研究了晶种对电池光电转化性能的影响。本文得到的主要结果如下： ①采用水热合成的方法在不同浓度HCl生长液中制备了金红石相tio纳米棒阵列薄膜，生长液中HCl浓度越大,纳米棒越杂乱,薄膜表面粗糙度越大。 ②生长液中HCl浓度为7.0M的tio纳米棒阵列经过正辛基三乙氧基硅烷疏水试剂处理后，达到了超疏水效果。水滴在该薄膜上的静态接触角为157.3±1.3°，前进角为154.2±1.3o，后退角为161.2±1.3o，滚动角小于7°。用凯西公式分析tio纳米棒阵列薄膜达到超疏水效果的原因，发现水滴9%与固体薄膜接触，91%与空气接触。 ③采用溶胶凝胶与水热合成相结合的方法在FTO衬底上制备了基于晶种层的金红石相tio纳米棒阵列，tio纳米棒沿着垂直于衬底方向择优生长且均匀分布，纳米棒的长度大约为1.7μm。生长在晶种层上的tio纳米棒与生长在FTO衬底上的纳米棒相比更加致密，直径更均匀且取向性更好。尤其，当获得晶种层的TTIP异丙醇溶液的浓度为0.005.05M时，所生长的tio纳米棒阵列平均直径约为35nm，而没有晶种层的纳米棒粗细不均,直径为35-85nm。 ④含晶种层的染料敏化太阳能电池的光电转换效率比不含晶种层的有显著提高。随着晶种溶液浓度的增加，电池的光电转换效率、开路电压、填充因子和短路电流都是先变大后降低。当TTIP异丙醇晶种溶液的浓度为0.025M时，相应染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到了1.47%，是不含晶种层tio纳米棒阵列所组装电池的1.8倍。染料敏化太阳能电池光电转换性能的提高要归因于FTO衬底与电解液界面之间的电子复合的减少以及纳米棒表面染料吸附量的增加。

关键词： tio2纳米棒阵列超疏水晶种层染料敏化太阳能电池光电转换效率

FTO导电玻璃基底上tio2纳米棒阵列的制备及形貌、晶相可调控探究

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2017年第3期31卷 369-374页

作者：梁微林生岭陈传祥陈安康江苏科技大学环境与化学工程学院镇江212003

利用tio_2纳米颗粒为晶种,在200℃的水溶液中制备了规则的tio_2纳米棒阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)表征了一维棒状纳米材料的晶相结构、物相组成、形貌和光学性质.通过改变实验条件,进一步... 详细信息

利用tio_2纳米颗粒为晶种,在200℃的水溶液中制备了规则的tio_2纳米棒阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)表征了一维棒状纳米材料的晶相结构、物相组成、形貌和光学性质.通过改变实验条件,进一步对tio_2纳米棒阵列的晶相结构及形貌进行了可调控探究.结果表明:通过改变反应时间、水热温度、生长液配比等因素,能够有效调整tio_2纳米棒的疏密程度、大小、规则度及物相组成.文中制备的各种单相或混相tio_2纳米棒阵列材料在光催化领域具有十分重要的应用价值.

关键词： tio2纳米棒阵列金红石锐钛矿

基于tio2纳米棒阵列的高效钙钛矿太阳能电池的制备

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基于TiO2纳米棒阵列的高效钙钛矿太阳能电池的制备

作者：杨隆凯厦门大学

学位级别：硕士

近年来,钙钛矿太阳能电池因其爆发式的发展而受到越来越多研究者的关注,目前世界最高效率记录已经达到22.7%。因为定向生长的Ti02一维纳米棒阵列(tio2-NA)具有优越的电子传输性能,所以它可以作为电子传输层应用到钙钛矿太阳能电池当中... 详细信息

近年来,钙钛矿太阳能电池因其爆发式的发展而受到越来越多研究者的关注,目前世界最高效率记录已经达到22.7%。因为定向生长的Ti02一维纳米棒阵列(tio2-NA)具有优越的电子传输性能,所以它可以作为电子传输层应用到钙钛矿太阳能电池当中。本文制备了高效率、无迟滞、高稳定性的基于Ti02-NA电子传输层的钙钛矿太阳能电池。首先,通过调整致密层,探究了其对形貌的影响;接着具体探究了水热反应制备纳米棒阵列过程中,不同溶剂比、反应时间等因素对纳米棒阵列生长的影响。其次,分别研究了铯(Cs)掺杂,铯(Cs)、钾(K)共掺杂的混合型钙钛矿吸光层光电转换性能。在Cs掺杂的混合型钙钛矿吸光层的工作中,探究了不同浓度钙钛矿前驱体、退火时间、退火温度等因素对钙钛矿成膜结晶、晶粒生长、膜面形貌等方面的影响。并采用紫外可见光(Uv-vis)吸收光谱、光致发光(PL)、原子力显微镜(AFM)、SCLC、谢乐公式等手段对不同浓度钙钛矿前驱体制备的钙钛矿层做了深度表征分析;在Cs、K共掺杂的混合型钙钛矿吸光层的工作中,探究了不同DMF:DMSO混合溶剂比、旋涂工艺等参数对钙钛矿成膜结晶、晶粒生长、膜面形貌等方面的影响。最后,制备了基于tio2-NA基底的钙钛矿太阳能电池,并对其性能进行了长期跟踪测试。其中Cs掺杂的混合型钙钛矿的器件获得最高反扫19.33%,正扫18.81%的光电转换效率,迟滞因子为0.027,0.91V恒压输出的稳态电流21.1 mA/cm2,光电转换效率19.2%。60D后电池效率稳定性的跟踪测试中,器件保存于N2氛围的手套箱内,效率几乎无衰减;器件保存于10%相对湿度的防潮柜中,效率还能保持95.71%。同时,基于Cs、K共掺杂的混合型钙钛矿制备的器件最高反扫效率为19.68%,正扫19.61%。此外,它在减小迟滞方面具有更加优异的表现,其迟滞因子仅为0.0036。

关键词： tio2纳米棒阵列钙钛矿 Cs掺杂 Cs、K共掺杂太阳能电池

量子点敏化tio2纳米棒阵列的可控制备及其光电性能研究

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量子点敏化TiO2纳米棒阵列的可控制备及其光电性能研究

作者：王庆庆湖北大学

学位级别：硕士

无机半导体量子点具有带隙可调、高消光系数、多激子效应、易于合成及低制备成本等优点成为了纳米晶敏化太阳能电池中敏化剂材料的研究热点。而一维tio2纳米阵列由于其结构高度规整有序,电子传输效率高,有望替代传统的tio2纳米晶作为光... 详细信息

无机半导体量子点具有带隙可调、高消光系数、多激子效应、易于合成及低制备成本等优点成为了纳米晶敏化太阳能电池中敏化剂材料的研究热点。而一维tio2纳米阵列由于其结构高度规整有序,电子传输效率高,有望替代传统的tio2纳米晶作为光阳极材料。本文采用水热法在透明导电玻璃衬底上制备了tio2纳米棒阵列,研究工艺参数对阵列形貌的影响,通过优化实验工艺参数,实现可控制备。应用连续离子层吸附与反应（SILAR）工艺和化学浴沉积（CBD）法分别在tio2纳米棒阵列上沉积了CdS、CdSe和Sb2S3量子点,通过量子点敏化将tio2光谱响应范围拓宽至可见光区域。在此基础上利用量子点敏化的tio2纳米棒阵列组装成电池,对其光电性能进行测试和表征。主要实验结果及创新性成果如下： 1、tio2纳米棒阵列的水热法制备工艺研究。酸性条件下,以钛酸四丁酯（Ti（OBu）4）和HCl的混合溶液为前躯体,水热温度130-200℃,反应时间5-20h,钛酸四丁酯添加量0.5-1.0g在FTO导电玻璃上直接生长了tio2纳米棒阵列。实验结果表明制备的纳米棒为单晶金红石相tio2,且阵列垂直于FTO衬底表面生长。研究发现纳米棒阵列的长度和纳米棒直径随反应温度、Ti4+浓度以及反应时间的增加而增加,通过正交实验法确定了优化工艺参数为：反应温度170℃,反应时间10h,钛酸四丁酯的浓度为0.8g/100ml。 2、采用SILAR工艺在tio2纳米棒阵列表面沉积了CdS、CdSe量子点,实验结果显示CdS量子点可将纳米棒阵列的光学吸收范围拓展至550nm附近,CdSe量子点可将吸收范围拓展至700nm附近,而CBD法沉积的Sb2S3量子点可将阵列吸收边拓展至650nm,分别对应于CdS、CdSe及Sb2S3的光学带隙。微观结构表征发现SILAR工艺沉积的量子点在纳米棒表面的覆盖面积大于CBD法,表明SILAR工艺制备的量子点具有较好的敏化效果。 3、以量子点敏化的tio2纳米棒阵列作为光阳极,采用多硫溶液作为电解质,以及在FTO导电玻璃上沉积的金电极作为对电极,组装太阳能电池测试光电性能。结果显不：SILAR工艺制备的CdS量子点敏化太阳能电池的最大效率为0.68%,对应Jsc（短路电流密度）为2.62mA/cm2,Voc（开路电压）为0.45V;CdSe量子点敏化电池的最大效率为0.39%,对应的Jsc为2.71mA/cm2,Voc为0.41V,;CdS/CdSe复合量子点敏化电池具有最高的光电转换效率1.34%,Jsc为5.78mA/cm2,开路电压为0.47V;CBD工艺制备的Sb2S3量子点敏化电池的最大效率为0.12%,Jsc为1.385mA/cm2,Voc为0.38V。

关键词： tio2纳米棒阵列量子点敏化太阳能电池