染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的制備及光電、儲(chǔ)能性能的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池（DSCs）因其低成本、高效率而受到科學(xué)界廣泛的關(guān)注。但是迄今為止，大多數(shù)光電池仍然存在著諸多問(wèn)題，如開(kāi)路電壓較低，光電轉(zhuǎn)換效率仍需進(jìn)一步提高，電池的使用受環(huán)境、天氣的影響較為嚴(yán)重等。眾所周知，光陽(yáng)極在很大程度上決定著DSCs的性能，所以本文通過(guò)構(gòu)筑系列功能性DSCs的復(fù)合光陽(yáng)極，使其在保持高的染料吸附效率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)減少電子復(fù)合、增加開(kāi)路電壓或具備能量?jī)?chǔ)存的目的。具體研究?jī)?nèi)容如下： 基于ZnO@TiO2復(fù)合光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能研究。采用簡(jiǎn)單的一步溶液法，制備出了具有散射入射光和抑制電荷復(fù)合作用的多功能復(fù)合光陽(yáng)極。通過(guò)XRD、SEM和I-V特性等的測(cè)試，研究了不同ZnO生長(zhǎng)時(shí)間、不同敏化時(shí)間和二次修飾對(duì)復(fù)合光陽(yáng)極光電性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)ZnO生長(zhǎng)時(shí)間為60min時(shí)，所形成的ZnO阻擋層和花狀ZnO結(jié)構(gòu)分別具有抑制電荷復(fù)合和增強(qiáng)入射光利用率的作用，并且可以使得開(kāi)路電壓達(dá)到0.90V。而通過(guò)不同敏化時(shí)間的研究，得出了在敏化時(shí)間為2h時(shí)，可以有效減少ZnO功能層在N719染料中形成不利于電子遷移的Zn2+/dye復(fù)合物結(jié)構(gòu)，從而得到了3.86mA/cm2的短路電流密度和0.90V的開(kāi)路電壓。進(jìn)一步對(duì)ZnO功能層進(jìn)行TiO2修飾，能夠有效抑制Zn2+/dye復(fù)合物的形成，從而在保持高電壓的同時(shí)，使電流密度增加到了8.92mA/cm2。 基于MnO2/TiO2復(fù)合光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能研究。將乙酸錳直接混合在TiO2漿料中，制備出MnO2/TiO2復(fù)合光陽(yáng)極。經(jīng)SEM、XRD和電池的I-V特性的測(cè)試，研究了不同乙酸錳摻入量對(duì)復(fù)合光陽(yáng)極光電性能的影響，研究表明：在乙酸錳與TiO2質(zhì)量比為1:40時(shí)，所制備的復(fù)合光陽(yáng)極與單純的TiO2光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率相比提高了17.9%，通過(guò)對(duì)其電化學(xué)阻抗的分析，這種復(fù)合光陽(yáng)極可以有效的抑制電荷復(fù)合，增加電子傳輸壽命。 基于MnO2/TiO2復(fù)合光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換與原位能量存儲(chǔ)性能研究。采用將熔融態(tài)的乙酸錳溶于松油醇中，并配制成漿料，制備出一種既具備光電轉(zhuǎn)換功能又同時(shí)具備能量存貯性能的復(fù)合光陽(yáng)極。研究表明：MnO2/TiO2結(jié)構(gòu)不僅可以提供大面積的染料吸附空間，還能夠有效地進(jìn)行電荷存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)不同乙酸錳的濃度研究，得出在乙酸錳濃度為0.08M時(shí)，染料敏化太陽(yáng)能電池的比電容量為1.41mF/cm2,同時(shí)其光電轉(zhuǎn)換效率為3.55%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 ZnO@TiO2 高電壓 MnO2/TiO2 能量存儲(chǔ)
【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9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的概況10-15
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的組成10-12
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理12-13
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)13-15
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極薄膜15-16
• 1.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極薄膜的研究15
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極的研究15-16
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池光電‐儲(chǔ)能性能的研究16-18
• 1.5 本課題的研究目的與內(nèi)容18-19
• 第二章 ZNO@TIO_2復(fù)合光陽(yáng)極的制備及光電性能的研究19-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程20-22
• 2.2.1 TiO_2 光陽(yáng)極的制備20-21
• 2.2.2 ZnO@TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極的制備21
• 2.2.3 Pt 對(duì)電極的制備21
• 2.2.4 電解質(zhì)的配制21-22
• 2.2.5 電池的封裝22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論22-35
• 2.3.1 ZnO@TiO_2 復(fù)合光陽(yáng)極的形貌結(jié)構(gòu)表征22-26
• 2.3.2 ZnO@TiO_2 復(fù)合光陽(yáng)極的光電特性26-28
• 2.3.3 不同敏化時(shí)間對(duì)復(fù)合光陽(yáng)極光電性能的影響28-31
• 2.3.4 TiO_2保護(hù)層對(duì) ZnO@TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極的影響31-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 MNO_2/TIO_2復(fù)合光陽(yáng)極的制備及其光電性能的研究36-44
• 3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程36-37
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論37-42
• 3.3.1 形貌及結(jié)構(gòu)分析37-40
• 3.3.2 復(fù)合光陽(yáng)極光電性能的研究40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第四章 光電轉(zhuǎn)化和能量存儲(chǔ)的染料敏化太陽(yáng)能電池的研究44-53
• 4.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品44-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程45
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-52
• 4.3.1 復(fù)合光陽(yáng)極形貌及結(jié)構(gòu)的表征45-47
• 4.3.2 MnO_2/TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極光電性能和儲(chǔ)能性能的研究47-50
• 4.3.3 不同乙酸錳含量對(duì) DSCs 光電性能和儲(chǔ)能性能的影響50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第五章 全文總結(jié)53-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明60-61
• 致謝61-62

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