鈣鈦礦染料及網(wǎng)狀光陽極染料敏化太陽能電池的制備與研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSCs)具有制備工藝簡單、成本低、環(huán)境友好及相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率,近年來成為新能源領(lǐng)域的研究熱點。敏化染料和光陽極一直都是DSSCs研究中的關(guān)鍵點。本論文對鈣鈦礦染料的合成與表征以及網(wǎng)狀光陽極染料敏化太陽能電池進行了研究。主要內(nèi)容和研究成果如下:制備鈣鈦礦CH3NH3Pb I3與CH3NH3Pb I3-xClx(x=1-3)染料的前驅(qū)溶液,并從前驅(qū)溶液中結(jié)晶出CH3NH3Pb I3和CH3NH3Pb I3-xClx的厚膜,對所制備鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、結(jié)晶過程和光致發(fā)光性能進行了表征。結(jié)果表明:所制備的CH3NH3Pb I3厚膜在室溫晶體結(jié)構(gòu)是四方結(jié)構(gòu),CH3NH3Pb I3-xClx(x=1.08)厚膜在室溫晶體結(jié)構(gòu)是立方結(jié)構(gòu);伴隨前驅(qū)溶液中γ-丁內(nèi)酯的蒸發(fā),CH3NH3Pb I3晶體的形成溫度范圍在30~170℃,CH3NH3Pb I3前驅(qū)溶液在差熱分析(DTA)曲線上52℃和136℃位置的放熱峰與形成立方和四方結(jié)構(gòu)的CH3NH3Pb I3有關(guān);伴隨前驅(qū)溶液中N,N-二甲基甲酰胺的蒸發(fā),CH3NH3Pb I3-xClx晶體形成的溫度范圍在30~135℃;CH3NH3Pb I3-xClx形成速率慢于CH3NH3Pb I3的形成速率,前驅(qū)溶液中I和Cl原子的擴散影響CH3NH3Pb I3-xClx的x值和晶體形貌。在0.25%NH4F+2.5%蒸餾水+乙二醇電解液中對鈦網(wǎng)與鈦片進行陽極氧化來制備Ti O2納米管陣列。研究了陽極氧化電壓、攪拌電解液方式和Cr2O3微米顆粒超聲震蕩對Ti O2納米管陣列形貌的影響,并研究了熱處理工藝對Ti O2納米管陣列晶體類型的轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明:在超聲攪拌電解液方式下陽極氧化1.5小時,隨著陽極氧化電壓從30V增加到60V,Ti O2納米管管徑增大;管長分別為3.5?m、5.6?m、8.1?m和4.2?m;當(dāng)陽極氧化電壓為50V時,露出高度有序的Ti O2納米管陣列;當(dāng)陽極氧化電壓過高(60V)或過低(30V、40V)時陽極氧化后Ti O2納米管陣列表面有非管狀結(jié)構(gòu)。在磁力攪拌電解液方式下,陽極氧化鈦表面都有一層非管狀結(jié)構(gòu),非管狀結(jié)構(gòu)可在含有Cr2O3微米顆粒的超聲震蕩5分鐘后除去,露出高度有序的納米管陣列。陽極氧化后Ti O2納米管為非晶態(tài),在空氣中經(jīng)過450℃,3h退火熱處理后Ti O2納米管變?yōu)殇J鈦礦單晶體。高度有序的銳鈦礦型Ti O2納米管陣列是制備DSSCs光陽極的良好材料。用陽極氧化的鈦片或鈦網(wǎng)做光陽極,用不同材料做網(wǎng)狀光陽極表面的覆蓋層,然后組裝成液體電解質(zhì)染料敏化太陽能電池并對電池的性能進行研究。結(jié)果表明:與表面有非管狀結(jié)構(gòu)的Ti O2納米管相比,高度有序的Ti O2納米管陣列能提高染料灌入納米管的能力,從而提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率;鈦網(wǎng)組裝的DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率比相同條件下鈦片組裝的DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率提高了7.4倍;用Surlyn1702薄膜、普通玻璃和FTO玻璃覆蓋DSSCs的光陽極使電池的光電轉(zhuǎn)換效率分別下降了5%、12%和35%;用硬材料覆蓋層(普通玻璃和FTO玻璃)覆蓋的DSSCs比軟材料覆蓋層(Surlyn1702薄膜)覆蓋的DSSCs填充因子高。 【關(guān)鍵詞】：鈦鈦礦染料 Ti O2納米管 光陽極 鈦網(wǎng) 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 染料敏化太陽能電池基本結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)11-13
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理11-12
• 1.2.2 太陽能電池的性能參數(shù)12-13
• 1.3 光陽極的發(fā)展13-15
• 1.3.1 TiO_2納米晶薄膜光陽極的發(fā)展13-15
• 1.3.2 TiO_2納米管光陽極的發(fā)展15
• 1.4 敏化染料15-18
• 1.5 電解質(zhì)18-19
• 1.6 對電極19
• 1.7 敏化染料DSSCs電池的發(fā)展19-22
• 1.7.1 液態(tài)電解質(zhì)的DSSCs19-21
• 1.7.2 固態(tài)電解質(zhì)的DSSCs21-22
• 1.8 論文的立題思想和內(nèi)容22-24
• 第2章 鈣鈦礦染料的制備與表征24-42
• 2.1 實驗材料與設(shè)備24-25
• 2.2 實驗過程25-28
• 2.2.1 制備甲基碘化胺26
• 2.2.2 制備鈣鈦礦MAPbI_3與鈣鈦礦MAPbI_(3-x)Cl_x的前驅(qū)溶液26-27
• 2.2.3 制備鈣鈦礦MAPbI_3與鈣鈦礦MAPbI_(3-x)Cl_x厚膜27
• 2.2.4 TG-DTA實驗27
• 2.2.5 PL實驗27
• 2.2.6 材料的表征27-28
• 2.3 實驗結(jié)果28-36
• 2.3.1 SEM和EDS實驗結(jié)果28-29
• 2.3.2 XRD分析29-32
• 2.3.3 TG-DTA結(jié)果32-34
• 2.3.4 TEM實驗結(jié)果34-35
• 2.3.5 PL實驗結(jié)果35-36
• 2.4 分析討論36-41
• 2.4.1 MAPbI_3與MAPbI_(3-x)Cl_x晶體結(jié)構(gòu)分析36-38
• 2.4.2 合成鈣鈦礦染料MAPbI_3與MAPbI_(3-x)Cl_x38-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第3章 陽極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列42-54
• 3.1 實驗材料及設(shè)備42-43
• 3.2 實驗過程43-45
• 3.2.1 電解液的配制44
• 3.2.2 樣品預(yù)處理44
• 3.2.3 陽極氧化法制備二氧化鈦納米管陣列44-45
• 3.2.4 二氧化鈦納米管陣列退火處理45
• 3.2.5 二氧化鈦納米管陣列表面非管狀結(jié)構(gòu)處理45
• 3.2.6 樣品表征45
• 3.3 實驗結(jié)果45-50
• 3.4 分析討論50-52
• 3.4.1 電解液攪拌方式對納米管表面形貌的影響50-51
• 3.4.2 納米管管長與管徑51
• 3.4.3 超聲震蕩去除表面覆蓋層51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第4章 染料敏化太陽能電池制備與性能分析54-70
• 4.1 實驗材料與設(shè)備54-56
• 4.2 實驗過程56-58
• 4.2.1 光陽極吸附染料56-57
• 4.2.2 電解質(zhì)的配制57
• 4.2.3 對電極制備57-58
• 4.2.4 DSSCs組裝58
• 4.2.5 電池性能的測試58
• 4.3 實驗結(jié)果及討論58-68
• 4.3.1 鈦網(wǎng)與鈦片組裝的DSSCs的光電轉(zhuǎn)換性能58-61
• 4.3.2 光陽極表面覆蓋層對網(wǎng)狀光陽極DSSCs光電轉(zhuǎn)換性能的影響61-63
• 4.3.3 不同工藝參數(shù)對網(wǎng)狀光陽極DSSCs性能的影響63-67
• 4.3.4 鈣鈦礦染料網(wǎng)狀光陽極DSSCs性能67-68
• 4.4 本章小結(jié)68-70
• 第5章 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-79
• 致謝79-80
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果80

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