磁場對(duì)染料敏化太陽能電池性能影響的研究

【摘要】：能源危機(jī)的號(hào)角已經(jīng)在世界的各個(gè)角落響起，解決能源問題成為各國學(xué)者的神圣使命。太陽能是一種隨處可見且用之不竭的清潔能源，因而對(duì)其的有效使用成為目前解決能源問題的重要途徑。染料敏化太陽能電池(DSSCs)由于其較高的光電轉(zhuǎn)化效率、低廉的成本、簡單的制作工藝以及無毒、無污染等一系列優(yōu)良特點(diǎn)，得到了科研工作者的廣泛關(guān)注。迄今為止，通過簡單的磁場增強(qiáng)方式來提高TiO2基的染料敏化太陽能電池的研究鮮有踏足。本論文主要使用外部磁場和內(nèi)部磁場兩種不同的方式來提高染料敏化太陽能電池的光電性能，為其能夠更快的跨入實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 本文首先研究了外加磁場對(duì)TiO2基的染料敏化太陽能電池性能的影響。結(jié)果表明，不同磁場強(qiáng)度對(duì)電池光電轉(zhuǎn)化效率的提高不同，45mT的磁場強(qiáng)度使電池的光電性能達(dá)到最佳。其次，我們使用45mT的外加磁場對(duì)長時(shí)間工作后衰減的電池進(jìn)行處理，有效地使電池的光電轉(zhuǎn)化性能得到恢復(fù)。并且在磁場去除之后較高的性能仍然可以維持一段時(shí)間。有兩方面原因解釋這一現(xiàn)象：一方面來說，磁場促進(jìn)了電子和空穴朝著不同的方向運(yùn)動(dòng)，減少了二者的復(fù)合，提高了電子壽命，從而提高了光電轉(zhuǎn)化效率；另一方面，去掉磁場后不完全的去磁化導(dǎo)致了電池性能的長時(shí)間維持。 采用共沉淀法、水熱法制備了γ-Fe2O3、α-Fe2O3納米顆粒，并利用表面動(dòng)力學(xué)控制方法合成了α-Fe2O3@TiO2、γ-Fe2O3@TiO2核殼結(jié)構(gòu)，并將它們按照不同的結(jié)構(gòu)、不同的濃度摻雜在TiO2光陽極薄膜中。利用SEM、TEM對(duì)產(chǎn)物形貌進(jìn)行了觀察，使用XRD、EDX對(duì)其成分進(jìn)行分析，并測試了它們的磁性能。 最后，我們研究了由鐵磁性的γ-Fe2O3納米顆粒產(chǎn)生的內(nèi)部磁場對(duì)DSSCs性能促進(jìn)作用。結(jié)果顯示，單純的γ-Fe2O3的摻雜雖然使樣品光電性能有所提高，但穩(wěn)定性不好。然而，γ-Fe2O3@TiO2復(fù)合結(jié)構(gòu)的摻雜不僅提高了電池的光電性能，而且獲得了頗好的穩(wěn)定性；當(dāng)復(fù)合結(jié)構(gòu)摻雜置于第二層、摻雜濃度為1.5%時(shí)，電池光電轉(zhuǎn)化效率的提高達(dá)到了6.01%。分析了內(nèi)部磁場強(qiáng)度對(duì)電池轉(zhuǎn)化效率的影響，研究了磁場對(duì)電池轉(zhuǎn)化效率促進(jìn)的內(nèi)在機(jī)制。磁性顆粒的摻雜有效地使磁場整合在電池內(nèi)部，為該種新型電池的廣泛使用提供了便利條件。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 磁場增強(qiáng) TiO2光陽極 鐵磁材料摻雜
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 DSSCs 的簡介10-16
• 1.2.1 DSSCs 的基本結(jié)構(gòu)10-13
• 1.2.2 DSSCs 的工作原理13-14
• 1.2.3 DSSCs 的性能參數(shù)14-16
• 1.3 增強(qiáng) DSSCs 光電性能的方法16-19
• 1.3.1 表面處理 TiO_2薄膜16-17
• 1.3.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)的 TiO_2薄膜17-18
• 1.3.3 離子摻雜的 TiO_2薄膜18
• 1.3.4 核殼結(jié)構(gòu)的 TiO_2薄膜18-19
• 1.4 磁場對(duì)光電池性能的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 本課題研究目的、意義及主要內(nèi)容20-22
• 第二章 外部磁場對(duì) TiO_2染料敏化太陽能電池性能的增強(qiáng)與恢復(fù)22-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與主要儀器22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-26
• 2.2.1 電池的制備23-25
• 2.2.2 電池性能的測試過程25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析26-37
• 2.3.1 DSSCs 光陽極的形貌表征26-27
• 2.3.2 不同磁場作用下電池性能的增強(qiáng)27-30
• 2.3.3 磁場作用下電池性能的恢復(fù)30-36
• 2.3.4 DSSCs 的循環(huán)恢復(fù)穩(wěn)定性測試36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第三章 通過鐵磁材料的摻雜提高 TiO_2染料敏化太陽能電池的性能38-62
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與主要儀器38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-41
• 3.2.1 納米顆粒的制備39-40
• 3.2.2 光陽極的制備40
• 3.2.3 電池的組裝40-41
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論41-60
• 3.3.1 磁性材料γ-Fe_2O_3納米顆粒的摻雜41-43
• 3.3.2 磁性材料γ-Fe_2O_3@TiO_2納米顆粒不同結(jié)構(gòu)的摻雜43-48
• 3.3.3 磁性材料γ-Fe_2O_3@TiO_2納米顆粒不同濃度的摻雜48-58
• 3.3.4 非磁性材料α-Fe_2O_3@TiO_2納米顆粒不同濃度的摻雜58-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 第四章 全文總結(jié)62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 發(fā)表論文和科研情況說明69-70
• 致謝70-71

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