不同形貌TiO_2在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池因其成本低廉、制備技術(shù)簡(jiǎn)單、相對(duì)高的光電轉(zhuǎn)換效率而備受關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池是一種典型的三明治結(jié)構(gòu)的電池,它由吸附有染料分子的納米Ti02光陽(yáng)極、電解質(zhì)和載鉑對(duì)電極三部分組成。其中,納米Ti02薄膜因其高的光電轉(zhuǎn)換效率、好的穩(wěn)定性和較低的成本等特點(diǎn),成為染料敏化太陽(yáng)能電池中理想的光電極材料。TiO2光陽(yáng)極作為染料敏化太陽(yáng)能電池中的重要部分,具有吸收太陽(yáng)光和傳輸電子的作用。Ti02光陽(yáng)極與太陽(yáng)光的捕獲,電子的注入和收集,以及電子復(fù)合有關(guān),所以其對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能有很大的影響。因此,需要對(duì)納米Ti02薄膜電極進(jìn)行改性,使其能獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。在本文中,主要通過對(duì)納米Ti02進(jìn)行形貌的設(shè)計(jì),并將不同形貌,不同晶型的納米Ti02薄膜組合,制備成雙層薄膜電極,從而提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能。研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下： (1)我們?cè)O(shè)計(jì)空心盒狀Ti02薄膜為上層,P25納米顆粒薄膜為底層制備雙層薄膜電極來提高染料敏化太陽(yáng)能電池的性能。其中空心盒狀TiO2顆粒,首先是采用水熱法制備出TiOF2立方體先驅(qū)體,然后在馬弗爐中高溫煅燒后得到空心盒狀TiO2。使用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、紫外－可見吸收儀和電化學(xué)工作站等測(cè)試手段來研究HB-TiO2/P25雙層薄膜電極的特性。研究結(jié)果表明,Ti02雙層薄膜電極相對(duì)P25納米薄膜電極和純的空心盒狀薄膜電極有較高的光電轉(zhuǎn)換效率,達(dá)到6.4%,主要的原因是空心盒狀Ti02薄膜電極作為光反射層,增加了電池捕獲光的能力。 (2)以金紅石型花椰菜狀Ti02薄膜作為上層,P25納米顆粒薄膜作為下層,制備出雙層薄膜電極,并將此薄膜電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。使用各種測(cè)試手段,如X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、紫外－可見吸收光譜儀、BET等,來表征此雙層薄膜電極的性能。結(jié)果表明,這種由不同晶型、不同形貌的Ti02制成的雙層薄膜電極具有很好的光電轉(zhuǎn)換效率,最高可達(dá)到9.9%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 二氧化鈦 空心盒狀二氧化鈦 花椰菜狀二氧化鈦 金紅石型 銳鈦礦型 光電轉(zhuǎn)換效率 光反射
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 前言13
• 1.2 太陽(yáng)能電池的種類13-16
• 1.2.1 硅系太陽(yáng)能電池13-14
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池14-15
• 1.2.3 無機(jī)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池15-16
• 1.2.4 染料敏化太陽(yáng)能電池16
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池16-19
• 1.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理16-18
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)18-19
• 1.3.2.1 短路電流密度18-19
• 1.3.2.2 開路電壓19
• 1.3.2.3 填充因子19
• 1.3.2.4 單色光轉(zhuǎn)換效率19
• 1.3.2.5 總光電轉(zhuǎn)換效率19
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池納米TiO_2薄膜的改性19-24
• 1.4.1 離子摻雜20
• 1.4.2 化學(xué)表面處理20-21
• 1.4.3 半導(dǎo)體復(fù)合21-22
• 1.4.4 形貌設(shè)計(jì)22-24
• 1.5 本論文的選題思想和研究?jī)?nèi)容24-26
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-27
• 2.3 電池制備與組裝27
• 2.3.1 導(dǎo)電玻璃的清洗27
• 2.3.2 染料敏化二氧化鈦薄膜電極的制備27
• 2.3.3 電池組裝27
• 2.4 測(cè)試方法與表征27-30
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡(SEM)27-28
• 2.4.2 透射電子顯微鏡(TEM)28
• 2.4.3 X射線衍射(XRD)28
• 2.4.4 比表面積和孔徑分布(BET)28
• 2.4.5 紫外可見光譜儀(UV-Vis)28
• 2.4.6 光電性能28-30
• 第3章 空心盒狀TiO_2/P25納米顆粒雙層薄膜電極的制備及其在DSSCs中的應(yīng)用30-44
• 3.1 引言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31
• 3.2.1 空心盒狀TiO_2粉末的制備31
• 3.2.2 納米TiO_2雙層膜電極的制備31
• 3.2.3 TiO_2雙層薄膜染料敏化太陽(yáng)能電池的制備31
• 3.3 結(jié)果與討論31-43
• 3.3.1 相結(jié)構(gòu)與形貌31-34
• 3.3.2 相結(jié)構(gòu)與BET分析34-36
• 3.3.3 紫外-可見反射光譜的分析36-38
• 3.3.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能38-40
• 3.3.5 三種薄膜電極的交流阻抗分析40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 金紅石型花椰菜狀TiO_2/P25納米顆粒雙層薄膜的制備及其在DSSCs中的應(yīng)用44-58
• 4.1 引言44-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45
• 4.2.1 花椰菜狀納米TiO_2粉末的制備45
• 4.2.2 花椰菜狀納米TiO_2/P25雙層薄膜電極的制備45
• 4.2.3 TiO_2雙層薄膜染料敏化太陽(yáng)能電池的制備45
• 4.3 結(jié)果與討論45-56
• 4.3.1 相結(jié)構(gòu)與形貌45-47
• 4.3.2 BET比表面積與孔徑分布47-49
• 4.3.3 薄膜電極的紫外-可見光譜分析49-51
• 4.3.4 三種薄膜電極的光電性能研究51-54
• 4.3.5 三種薄膜電極的交流阻抗性能研究54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-70
• 附錄70-71
• 致謝71

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