染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的改性及性能研究

【摘要】：本論文主要研究非金屬元素氮（N）、稀土金屬元素鑭（La）、鈰（Ce）、釤（Sm）對(duì)納米晶TiO2顆粒的摻雜改性，以及釤和氮的共摻雜，并將其應(yīng)用在染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極中。實(shí)驗(yàn)中，分別采用傳統(tǒng)的濕法制備氮摻雜TiO2納米粒子和水熱合成法制備稀土離子摻雜TiO2納米粒子，并制備成光陽(yáng)極組裝電池，通過(guò)一系列分析方法對(duì)其光、電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，并對(duì)反應(yīng)條件、摻雜量等進(jìn)行了工藝優(yōu)化。主要工作內(nèi)容如下： 1）采用濕法制備了氮摻雜TiO2納米粒子，研究了不同攪拌時(shí)間及氨水添加量對(duì)由其制備的光陽(yáng)極組裝的電池光電性能的影響，確定了最優(yōu)條件是攪拌時(shí)間為1.5h，氨水添加量為50ml。在最優(yōu)的反應(yīng)條件下，引入尿素作為第二個(gè)氮源進(jìn)行雙氮摻雜，得到最優(yōu)化的尿素添加量為0.5g，得到7.58%的光電轉(zhuǎn)換效率。 2）采用水熱法制備了稀土離子摻雜的TiO2納米粒子，探討了最優(yōu)稀土硝酸鹽添加量為1g P25中摻雜0.05g稀土硝酸鹽。分別選擇了La(NO3)3、Ce(NO3)3、Sm(NO3)3對(duì)納米TiO2粒子進(jìn)行摻雜，通過(guò)不同的染料N719和卟啉進(jìn)行敏化對(duì)比，從光電流密度提升的角度進(jìn)一步證明了稀土離子下轉(zhuǎn)換發(fā)光對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能的影響，分別得到了6.43%（N719染料敏化）、3.62%（卟啉染料敏化）的轉(zhuǎn)換效率。 3）選取了氮元素和硝酸釤，采用水熱法進(jìn)行共摻雜納米TiO2粒子的制備。并用其制備光陽(yáng)極組裝電池進(jìn)行光電性能測(cè)試，得到的轉(zhuǎn)化效率相較于單一的氮摻雜和單一硝酸釤摻雜并沒(méi)有獲得顯著的提高。通過(guò)研究機(jī)理認(rèn)為，氮摻雜和釤摻雜一定程度上都是提高染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)可見(jiàn)光的吸收，因此兩者之間并沒(méi)有協(xié)同作用。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 氮摻雜 雙氮源 稀土離子摻雜 共摻雜
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-23
• 1.1 引言7
• 1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展7-9
• 1.2.1 硅基太陽(yáng)能電池7-8
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池8
• 1.2.3 基于有機(jī)化合物材料的太陽(yáng)能電池8-9
• 1.2.4 染料敏化太陽(yáng)能電池9
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池9-14
• 1.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展9
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理9-12
• 1.3.2.1 染料敏化劑9-10
• 1.3.2.2 光陽(yáng)極10-11
• 1.3.2.3 對(duì)電極和導(dǎo)電基底11
• 1.3.2.4 電解質(zhì)11-12
• 1.3.3 染料敏化太陽(yáng)能工作原理12-13
• 1.3.4 染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能的參數(shù)13-14
• 1.4 光陽(yáng)極納米 TiO2材料的研究14-18
• 1.4.1 離子摻雜15-16
• 1.4.2 表面修飾16-17
• 1.4.3 復(fù)合半導(dǎo)體膜17-18
• 1.5 本課題的研究背景及內(nèi)容18-23
• 1.5.1 本課題的研究背景18-21
• 1.5.2 本論文的研究?jī)?nèi)容21-23
• 第二章 N 摻雜二氧化鈦的制備及光電性能研究23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及原料23-24
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)分析儀器24-25
• 2.2.3 TiO2粉體的制備25-26
• 2.2.4 電池的組裝26-28
• 2.2.5 表征與電池性能測(cè)試28-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-41
• 2.3.1 攪拌時(shí)間對(duì)效率的影響29-30
• 2.3.2 氨水添加量對(duì)效率的影響30-31
• 2.3.3 引入尿素作為雙氮源的研究31-40
• 2.3.4 尿素添加量的研究40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-43
• 第三章 系列稀土元素?fù)诫s二氧化鈦的制備及光電性能研究43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器43-44
• 3.2.2 稀土離子摻雜 TiO2粉末的制備44-45
• 3.2.3 電池的組裝45-46
• 3.2.4 材料表征與電池性能測(cè)試46
• 3.3 結(jié)果與討論46-58
• 3.3.1 稀土元素 Sm 摻雜量最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)46-48
• 3.3.2 系列稀土離子摻雜實(shí)驗(yàn)48-56
• 3.3.3 Sm、N 共摻雜實(shí)驗(yàn)探討56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 發(fā)表的論文和參加的科研情況說(shuō)明68-69
• 致謝69

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