染料敏化太陽(yáng)能電池碳納米管對(duì)電極和二氧化鈦光陽(yáng)極的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池由于自身的低成本、環(huán)境友好、在弱光條件下性能良好及制備流程簡(jiǎn)單等特性,引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。在染料敏化太陽(yáng)能電池中,對(duì)電極催化還原電解質(zhì)的能力、光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)及對(duì)染料的吸附量等都是影響染料敏化太陽(yáng)能電池效率的關(guān)鍵因素。本論文從染料敏化太陽(yáng)能電池的碳納米管對(duì)電極和二氧化鈦光陽(yáng)極兩個(gè)方面進(jìn)行研究來(lái)提高電池效率并降低器件成本,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.將不同形貌的碳納米管應(yīng)用到染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極,作為Pt電極的替代材料。研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)的碳納米管比短的碳納米管有更好的電催化活性,以長(zhǎng)碳納米管為對(duì)電極的電池獲得了2.42%的光電轉(zhuǎn)換效率,比短的碳納米管的效率提高了19.8%;陣列碳納米管比長(zhǎng)碳納米管的電催化活性更好,其相應(yīng)的染料敏化太陽(yáng)能電池獲得了2.95%的光電轉(zhuǎn)換效率。然而,由于碳納米管極易團(tuán)聚,影響了其電催化活性,故采用溶菌酶、十六烷基氯化吡啶、脫氧膽酸鈉及聚乙二醇辛基苯基醚等表面活性劑等對(duì)碳納米管進(jìn)行非共價(jià)修飾來(lái)提高碳納米管的分散性并將其應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極。在修飾后的碳納米管中,聚乙二醇辛基苯基醚修飾的碳納米管具有更好的分散性和電催化性能,以其為對(duì)電極的電池性能也是最優(yōu)的。2.以硫酸鈦為前驅(qū)體,采用水熱法制備出不同表面形貌的二氧化鈦微球,并將其應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極。研究發(fā)現(xiàn),與結(jié)構(gòu)緊實(shí)的二氧化鈦微球相比,結(jié)構(gòu)疏松、表面粗糙且結(jié)晶度更好的二氧化鈦微球作為光陽(yáng)極,染料敏化太陽(yáng)能電池可以表現(xiàn)出更好的光電性能。為了進(jìn)一步增加光陽(yáng)極薄膜的附著力,以不同添加量的鈦酸丁酯為前驅(qū)體,鹽酸及去離子水作為溶劑,通過(guò)水熱法在不同溫度下直接在FTO導(dǎo)電玻璃襯底上生長(zhǎng)二氧化鈦納米花。當(dāng)調(diào)整水熱反應(yīng)體系中鈦前驅(qū)體的用量為1.5ml時(shí),生長(zhǎng)出形貌均一的二氧化鈦納米花,以之作為光陽(yáng)極的電池能夠獲得最高的光電轉(zhuǎn)換效率(1.83%)。進(jìn)而調(diào)整反應(yīng)溫度,當(dāng)反應(yīng)溫度從150℃升高165℃,相應(yīng)的電池效率從0.14%提高至0.39%;當(dāng)反應(yīng)溫度降低至135℃,相應(yīng)的電池效率也降低。結(jié)果說(shuō)明直接生長(zhǎng)二氧化鈦納米膜體系反應(yīng)溫度的升高有利于改善染料敏化太陽(yáng)能電池性能。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 碳納米管 二氧化鈦 非共價(jià)法修飾 微球 納米花
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展10-11
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理11-13
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池重要組成部分對(duì)電池性能的影響13-17
• 1.3.1 染料敏化劑13-14
• 1.3.2 氧化還原電解質(zhì)14
• 1.3.3 對(duì)電極14-15
• 1.3.4 光陽(yáng)極15-17
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的主要評(píng)價(jià)參數(shù)17-19
• 1.5 本論文的設(shè)計(jì)思想和研究?jī)?nèi)容19-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案及表征方法22-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料、試劑及儀器22-24
• 2.2 樣品表征方法24-28
• 2.2.1 粉體樣品的表征24-25
• 2.2.2 光陽(yáng)極的表征方法25-26
• 2.2.3 對(duì)電極的表征方法26-27
• 2.2.4 電池光伏性能測(cè)試27-28
• 第三章 不同形貌碳納米管在DSSCs對(duì)電極的應(yīng)用28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分28-31
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料28-29
• 3.2.2 對(duì)電極的制備29-30
• 3.2.3 TiO_2光陽(yáng)極的制備30-31
• 3.2.4 電池的組裝31
• 3.3 結(jié)果與討論31-39
• 3.3.1 碳納米管長(zhǎng)度對(duì)DSSCs性能的影響31-35
• 3.3.2 碳納米管取向性對(duì)DSSCs性能的影響35-36
• 3.3.3 電極制備工藝對(duì)電極和電池性能的影響36-39
• 3.4 小結(jié)39-40
• 第四章 非共價(jià)功能化碳納米管在DSSCs對(duì)電極的應(yīng)用40-54
• 4.1 引言40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-43
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 4.2.2 非共價(jià)功能化碳納米管的制備40-41
• 4.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的制備41-42
• 4.2.4 二氧化鈦光陽(yáng)極的制備42
• 4.2.5 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝42-43
• 4.3 結(jié)果與討論43-52
• 4.3.1 碳納米管的功能化43-46
• 4.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能46-49
• 4.3.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的循環(huán)伏安測(cè)試49-50
• 4.3.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電特性50-52
• 4.4 小結(jié)52-54
• 第五章 水熱法合成二氧化鈦微球在DSSCs光陽(yáng)極的應(yīng)用54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分54-56
• 5.2.1 二氧化鈦粉末的制備54-55
• 5.2.2 二氧化鈦光陽(yáng)極的制備55-56
• 5.2.3 Pt對(duì)電極的制備56
• 5.2.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝56
• 5.3 結(jié)果與討論56-62
• 5.3.1 二氧化鈦微球56-60
• 5.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能60-62
• 5.4 小結(jié)62-64
• 第六章 直接在FTO玻璃上生長(zhǎng)二氧化鈦納米花及其在DSSCs光陽(yáng)極的應(yīng)用64-78
• 6.1 引言64
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分64-65
• 6.2.1 二氧化鈦納米花的制備64-65
• 6.2.2 Pt對(duì)電極的制備65
• 6.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝65
• 6.3 結(jié)果與討論65-76
• 6.3.1 不同的鈦前驅(qū)體用量對(duì)二氧化鈦納米花及相應(yīng)DSSCs的影響65-71
• 6.3.2 不同反應(yīng)溫度對(duì)二氧化鈦納米花及相應(yīng)DSSCs的影響71-76
• 6.4 小結(jié)76-78
• 第七章 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-92
• 致謝92

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