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染料敏化太陽(yáng)能電池新型TiO_2薄膜電極的制備及性能

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時(shí)間:2024-08-18 21:30:43
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染料敏化太陽(yáng)能電池新型TiO_2薄膜電極的制備及性能【摘要】:在過去近二十年里,染料敏化納晶太陽(yáng)能電池一直是世界各國(guó)能源研究的熱點(diǎn)課題。染料敏化納晶太陽(yáng)能電池已經(jīng)成為最有可能取代傳

【摘要】: 在過去近二十年里,染料敏化納晶太陽(yáng)能電池一直是世界各國(guó)能源研究的熱點(diǎn)課題。染料敏化納晶太陽(yáng)能電池已經(jīng)成為最有可能取代傳統(tǒng)的p-n結(jié)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換器件。納晶TiO_2薄膜電極是染料敏化太陽(yáng)能電池的重要組成部分。本論文制備了ZnO修飾的納晶TiO_2薄膜電極和具有規(guī)則球形大孔的納晶TiO_2薄膜電極,并對(duì)所制備的新型TiO_2薄膜電極及其組成電池的性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 采用溶膠.凝膠水熱法制備了銳鈦礦結(jié)構(gòu)的納晶TiO_2薄膜電極,采用EC/PC電解質(zhì)體系組裝染料敏化太陽(yáng)能電池。并通過對(duì)納晶TiO_2薄膜太陽(yáng)能電池中電解質(zhì)體系的吸光度、交流阻抗、暗電流等參數(shù)的測(cè)量,研究了I_2和KI含量對(duì)電池光電性能的影響原因。 在溶膠.凝膠水熱法制備TiO_2膠體的過程中,加入醋酸鋅,制備了ZnO修飾的TiO_2薄膜電極。在(EC:PC=1:1,V/V)+0.5mol/L KI+0.05mol/L12+0.05mol/L LiI電解質(zhì)體系中,利用ZnO修飾的TiO_2薄膜電極組裝的電池光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到5.89%,相對(duì)于純TiO_2薄膜電極組裝的電池提高了20%。通過暗電流、瞬態(tài)光電流、交流阻抗以及平帶電位等測(cè)試探討了ZnO修飾提高電池光電性能的機(jī)理。 添加適量聚丙烯腈到EC/PC電解質(zhì)體系((EC:PC=1:1,V/V)+0.5mol/LKI+0.05mol/L U2)形成準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),組裝了準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池,研究了電池中的離子擴(kuò)散性能和光電性能。發(fā)現(xiàn)隨著電解質(zhì)體系粘度的增加,I_3~-離子擴(kuò)散系數(shù)急劇下降,進(jìn)而在準(zhǔn)固念染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換過程中形成新的速控步驟I_3~-離子的擴(kuò)散過程。通過TiO_2薄膜電極厚度、電解質(zhì)中I2添加量等因素對(duì)I_3~-離子擴(kuò)散及電池光電性能的影響研究,進(jìn)一步證實(shí)在準(zhǔn)固念染料敏化太陽(yáng)能電池中I_3~-離子擴(kuò)散過程很可能是電池光電轉(zhuǎn)換過程的速控步驟。 采用種子乳液聚合的方法制備了形狀規(guī)則、顆粒分布均勻的聚苯乙烯微球,將制備的聚苯乙烯微球作為造孔劑應(yīng)用到納晶TiO_2薄膜電極的制備過程中,制備了含有規(guī)則球形孔隙的納晶TiO_2薄膜電極。規(guī)則球形孔隙的存在提高了納晶TiO_2薄膜電極的光散射性能,進(jìn)而提高薄膜電極的吸光效率。比較I_3~-離子在不同孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極中的擴(kuò)散性能,發(fā)現(xiàn)納晶TiO_2薄膜電極的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)I_3~-離子的擴(kuò)散性能具有很大的影響,而且隨著電解質(zhì)粘度的增大,影響越來(lái)越明顯。I_3~-離子在具有規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)的納晶TiO_2薄膜電極中具有較好的擴(kuò)散性能,而且在含有200nm規(guī)則球形大孔的納晶TiO_2薄膜電極中擴(kuò)散性能最佳。將含有200nm規(guī)則球形大孔的納晶TiO_2薄膜電極應(yīng)用在準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池中,可以削弱I_3~-離子擴(kuò)散對(duì)電池光電性能的影響,提高電池在高光強(qiáng)下的短路光電流。 【關(guān)鍵詞】:染料敏化太陽(yáng)能電池 納晶TiO_2薄膜電極 ZnO修飾 I_3~-離子擴(kuò)散 孔隙結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2008
【分類號(hào)】:TM914.4
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-13
  • 第1章 緒論13-37
  • 1.1 太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展14-17
  • 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理17-22
  • 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)17-18
  • 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理18-22
  • 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池各組成部分對(duì)電池光電性能的影響22-31
  • 1.3.1 納晶TiO_2工作電極22-25
  • 1.3.2 染料光敏化劑25-27
  • 1.3.3 電解質(zhì)27-29
  • 1.3.4 對(duì)電極29-31
  • 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池新型TiO_2薄膜電極的研究進(jìn)展31-34
  • 1.4.1 金屬氧化物修飾TiO_2薄膜電極的研究進(jìn)展31-33
  • 1.4.2 新型形貌TiO_2薄膜電極的研究進(jìn)展33-34
  • 1.5 本課題的提出及實(shí)驗(yàn)路線34-37
  • 第2章 實(shí)驗(yàn)材料、儀器及表征方法37-43
  • 2.1 實(shí)驗(yàn)材料37-38
  • 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器38
  • 2.3 納晶TiO_2材料表征方法38-39
  • 2.3.1 納晶TiO_2薄膜的晶型結(jié)構(gòu)表征38-39
  • 2.3.2 納晶TiO_2薄膜的形貌表征39
  • 2.3.3 納晶TiO_2薄膜染料吸附量的測(cè)量39
  • 2.4 光電化學(xué)測(cè)量方法39-41
  • 2.4.1 光電轉(zhuǎn)換效率的測(cè)量39-40
  • 2.4.2 瞬念光電流的測(cè)量40
  • 2.4.3 平帶電位的測(cè)量40-41
  • 2.4.4 離子極限擴(kuò)散電流的測(cè)量41
  • 2.4.5 電化學(xué)交流阻抗的測(cè)量41
  • 2.5 本章小結(jié)41-43
  • 第3章 納晶TiO_2薄膜太陽(yáng)能電池的制備及電解質(zhì)對(duì)其性能的影響43-53
  • 3.1 引言43
  • 3.2 納晶TiO_2薄膜電極的制備43-45
  • 3.2.1 TiO_2膠體的制備43-44
  • 3.2.2 導(dǎo)電玻璃基底的預(yù)處理44-45
  • 3.2.3 納晶TiO_2薄膜電極的制備45
  • 3.3 納晶TiO_2薄膜電極的晶型結(jié)構(gòu)及形貌45-47
  • 3.3.1 納晶TiO_2薄膜電極的SEM圖譜45-46
  • 3.3.2 納晶TiO_2薄膜電極的XRD圖譜46-47
  • 3.4 電解質(zhì)組分對(duì)納晶TiO_2薄膜太陽(yáng)能電池光電性能的影響47-51
  • 3.4.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝及光電測(cè)量47
  • 3.4.2 EC/PC電解質(zhì)體系中I_2含量對(duì)電池光電性能的影響47-50
  • 3.4.3 EC/PC電解質(zhì)體系中KI含量對(duì)電池光電性能的影響50-51
  • 3.5 結(jié)論51-53
  • 第4章 ZnO修飾納晶TiO_2薄膜電極的制備及性能研究53-67
  • 4.1 引言53-54
  • 4.2 ZnO修飾納晶TiO_2薄膜電極的制備及表征54-56
  • 4.2.1 ZnO修飾納晶TiO_2薄膜電極的制備54-55
  • 4.2.2 ZnO修飾納晶TiO_2薄膜電極的表征55-56
  • 4.3 ZnO修飾納晶TiO_2薄膜電極在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用56-65
  • 4.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的電極及電解液56
  • 4.3.2 鋅添加量對(duì)電池光電流一光電壓曲線的影響56-58
  • 4.3.3 鋅添加量對(duì)納晶TiO_2薄膜電極暗電流的影響58-59
  • 4.3.4 鋅添加量對(duì)納晶TiO_2薄膜電極瞬態(tài)光電流譜的影響59-60
  • 4.3.5 鋅添加量對(duì)納晶TiO_2薄膜電極阻抗圖譜的影響60-62
  • 4.3.6 鋅添加量對(duì)納晶TiO_2薄膜電極平帶電位的影響62-63
  • 4.3.7 LiI對(duì)ZnO修飾納晶TiO_2薄膜太陽(yáng)能電池光電性能的影響63-65
  • 4.4 本章小結(jié)65-67
  • 第5章 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池中離子擴(kuò)散性能研究67-87
  • 5.1 引言67-68
  • 5.2 聚丙烯腈基EC/PC準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備68-69
  • 5.3 離子擴(kuò)散性能的表征方法69-72
  • 5.3.1 超微電極法69-70
  • 5.3.2 薄層電池法70-72
  • 5.4 添加聚丙烯腈的EC/PC電解質(zhì)中離子擴(kuò)散性能研究72-80
  • 5.4.1 聚丙烯腈添加量對(duì)離子擴(kuò)散性能的影響72-77
  • 5.4.2 I_2添加量對(duì)離子擴(kuò)散性能的影響77-79
  • 5.4.3 納晶TiO_2薄膜電極厚度對(duì)離子擴(kuò)散性能的影響79-80
  • 5.5 添加聚丙烯腈的EC/PC電解質(zhì)組成電池的光電性能研究80-85
  • 5.5.1 電解質(zhì)體系中聚丙烯腈添加量對(duì)電池光電性能的影響80-81
  • 5.5.2 電解質(zhì)體系中I_2添加量對(duì)電池光電性能的影響81-83
  • 5.5.3 納晶TiO_2薄膜電極厚度對(duì)電池光電性能的影響83-85
  • 5.6 本章小結(jié)85-87
  • 第6章 含規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的制備及性能研究87-97
  • 6.1 引言87-88
  • 6.2 聚苯乙烯微球的制備及表征88-89
  • 6.2.1 實(shí)驗(yàn)材料88
  • 6.2.2 聚苯乙烯微球的制備88
  • 6.2.3 聚苯乙烯微球的表征88-89
  • 6.3 含規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的研究89-96
  • 6.3.1 含規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)納品TiO_2薄膜電極的制備89-90
  • 6.3.2 含規(guī)則球彤孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的形貌90-92
  • 6.3.3 含規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的光散射性能92-94
  • 6.3.4 含規(guī)則球形孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用94-96
  • 6.4 小結(jié)96-97
  • 第7章 納晶TiO_2薄膜電極孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)離子擴(kuò)散性能的影響97-117
  • 7.1 引言97-98
  • 7.2 不同孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的制備及形貌98-100
  • 7.2.1 不同孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的制備98
  • 7.2.2 不同孔隙結(jié)構(gòu)納晶TiO_2薄膜電極的形貌98-100
  • 7.3 納晶TiO_2薄膜孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)離子擴(kuò)散性能的影響100-110
  • 7.4 含規(guī)則大孔TiO_2薄膜電極在準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用110-116
  • 7.5 本章小結(jié)116-117
  • 結(jié)論117-121
  • 參考文獻(xiàn)121-146
  • 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果146-147
  • 致謝147


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清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系 新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——太陽(yáng)能課題組    

美發(fā)明硅藻太陽(yáng)能電池新技術(shù)    張文;

染料敏化太陽(yáng)能電池封裝工藝的研究進(jìn)展    黎穎;楊峰;程翠華;趙勇;

染料敏化太陽(yáng)能電池中的敏化劑    梁茂,陶占良,陳軍

環(huán)球掃描    

多層染料協(xié)同敏化的納米晶二氧化鈦電極    李超;王維波;王雪松;張寶文;

TiO_2大孔薄膜的光散射性能    馬玉濤;王立鐸;邱勇;

新型、高效染料敏化太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極    羅艷紅;劉喜哲;黃振;孟慶波;

陰極電沉積法制備TiO_2薄膜及其光電性能    張林森;李素珍;王力臻;

氮摻雜氧化鋅的制備及其染料敏化太陽(yáng)能電池的性能研究    張凌云;楊玉林;范瑞清;

PbS量子點(diǎn)修飾及其DSSC光伏特性研究    羅芬;王鵬;吳學(xué)明;馬蓓蓓;王立鐸;邱勇;

介孔TiO_2的制備及其光電轉(zhuǎn)化性能研究    姜軍;顧鋒;邵瑋;李春忠;

準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池電解質(zhì)P(HEMA-NVP)的研究    史秋飛;戴玉華;

染料敏化太陽(yáng)能電池材料的優(yōu)化與電池模塊集成    孟慶波;李冬梅;羅艷紅;

包含p-n結(jié)的柔性染料敏化太陽(yáng)能電池    衡利蘋;翟錦;江雷;

染料敏化太陽(yáng)能電池新型TiO_2薄膜電極的制備及性能    李勝軍

四氫喹啉類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    陳瑞奎

敏化納晶TiO_2薄膜電極的制備及性能研究    張含平

功能材料的設(shè)計(jì)、組裝及其光電性質(zhì)研究    楊紅

D-π-A型有機(jī)染料的設(shè)計(jì)合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池和金屬離子識(shí)別中的應(yīng)用    宋曉睿

芳胺類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    田海寧

三苯胺類光敏染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池的研究    裴娟

基于二氧化鈦納米材料的染料敏化太陽(yáng)能電池改進(jìn)    Ammar Elfatih A.Elsanousi

原位生長(zhǎng)摻雜TiO_2薄膜電極及其光電轉(zhuǎn)換性能研究    王松

染料敏化太陽(yáng)能電池中PEG基體聚合物電解質(zhì)和低鉑負(fù)載量對(duì)電極研究    李品將

絲網(wǎng)印刷納晶TiO_2薄膜電極的制備與性能研究    解東梅

染料敏化太陽(yáng)能電池TiO_2多孔薄膜電極研究    李曉冬

CuI在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    韓靜

染料敏化太陽(yáng)能電池阻抗分析    鞏峰

染料敏化納晶TiO_2多孔薄膜電極的低溫制備與性能研究    李成玉

新型離子液體在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    習(xí)成成

Pt/TiO_2光催化劑及染料敏化太陽(yáng)電池電解質(zhì)的制備與研究    陳烈杭

染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極材料的研究    王文佳

染料敏化太陽(yáng)能電池中TiO_2薄膜電極的制備及應(yīng)用    林琳

D-π-A結(jié)構(gòu)染料的合成與應(yīng)用    王宇鵬