天然色素在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為光能的新能源發(fā)電裝置，因其成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保及光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。目前DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)12%，研究者還在為使轉(zhuǎn)換效率更高而不懈努力。DSSC中作為敏化劑的染料，現(xiàn)多使用釕配位的吡啶化合物，價(jià)格昂貴，資源稀缺，且污染環(huán)境，偏離了太陽(yáng)能電池綠色環(huán)保的概念。天然染料是儲(chǔ)存于植物、動(dòng)物或微生物等各種生物中的色素，具有吸收太陽(yáng)光的作用。目前已將多種天然染料引入DSSC，雖然效率不高，機(jī)理不明，但其具有資源廣泛，價(jià)格低廉，工藝簡(jiǎn)單，可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)多方面的研究可能發(fā)現(xiàn)新型染料，指導(dǎo)DSSC中染料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或通過(guò)電池中各組件間的匹配提高電池的效率。 本文從30種植物或植物組織中提取出天然色素，用于敏化DSSC，選取三種效率較高但性質(zhì)不同的天然色素：葡萄皮、山竹殼和春羽，分別從吸光性能，敏化性能和光電轉(zhuǎn)換性能三方對(duì)其進(jìn)行了深入探討；研究了pH值對(duì)色素、敏化性能及光電轉(zhuǎn)換性能的影響；并通過(guò)共敏化將兩種染料先后敏化到陽(yáng)極膜上，吸光譜疊加的方式，增大光陽(yáng)極吸光范圍，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 （1）提取了30種天然色素。春羽、石竹、山竹殼和葡萄皮的吸光范圍較寬，其中春羽的吸光范圍最寬。DSSC效率最高為1.24%，最低僅為0.0777%，其余大部分效率在0.3%左右。其中山竹殼，葡萄皮，春羽三種植物的光電性能較高，η分別為1.24、0.81、0.573%。 （2）葡萄皮色素吸收480-600nm范圍的藍(lán)光和綠光，葡萄皮色素敏化后光陽(yáng)極的吸光譜略有藍(lán)移。而光陽(yáng)極在390nm和510nm波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換效率較高?；谄咸哑ど孛艋腄SSC的光電性能參數(shù)JSC、VOC、FF、η分別為2.14mA/cm2、0.566V、0.667、0.81%。隨著pH值的增大，光陽(yáng)極吸收480-600nm，波長(zhǎng)逐漸紅移，當(dāng)pH值達(dá)到8時(shí)，整個(gè)吸收峰完全消失。采用稀鹽酸處理陽(yáng)極膜的方法，使染料與膜結(jié)合性能提高，從而達(dá)到提高效率的目的。鹽酸處理后的光陽(yáng)極組裝的DSSC的JSC、VOC、FF、η分別為3.186mA/cm2、0.621V、0.723和1.43%，電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率分別提高了48.5%和76.5%。 （3）山竹殼吸收460nm附近波段的藍(lán)光。光陽(yáng)極的吸收比色素溶液的吸收從540nm移至470nm，明顯藍(lán)移了很多。光電性能參數(shù)JSC、VOC、FF分別為2.57mA/cm2、0.77V、0.627，光電轉(zhuǎn)換效率為1.24%。色素處于pH=2的酸性環(huán)境中，保持較好的吸收性能，隨著pH值升高，電池的JSC急速下降。綠色光合作用植物春羽中提取液吸收范圍從300nm到500nm，還包括600-700nm的紅光。然而經(jīng)春羽色素敏化的陽(yáng)極膜的紫外可見(jiàn)吸收光譜只顯示了430-450nm的強(qiáng)吸收和600-700nm的吸收。春羽敏化后的DSSC的光電性能參數(shù)JSC、VOC、FF分別為1.42mA/cm2、0.64V、0.632、0.573%。 （4）雙色素共敏化的光陽(yáng)極山竹殼/春羽和山竹殼/葡萄皮兩種組合的吸光范圍比單敏化加寬，相當(dāng)于兩者的疊加。山竹殼/春羽敏化的電池中電子在陽(yáng)極膜/染料/電解質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)淖杩棺钚?，結(jié)合其吸光性能，就表現(xiàn)為電池轉(zhuǎn)換效率最高。光電轉(zhuǎn)換參數(shù)JSC、VOC、FF和η分別為1.4mA/cm2、0.626V、0.84、0.738%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 天然染料 吸光光譜 pH值 共敏化
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 目錄6-8
• 第1章 緒論8-26
• 1.1 引言8
• 1.2 DSSC 的結(jié)構(gòu)和工作原理8-10
• 1.3 DSSC 的組成10-23
• 1.4 本文研究意義及研究?jī)?nèi)容23-26
• 第2章 30種天然色素用于染料敏化太陽(yáng)能電池26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器26-27
• 2.2.2 導(dǎo)電玻璃預(yù)處理27
• 2.2.3 光陽(yáng)極的制備27-28
• 2.2.4 對(duì)電極的制備28
• 2.2.5 電解質(zhì)的配制28
• 2.2.6 天然色素的制備28-29
• 2.2.7 DSSC 組裝及性能測(cè)試29
• 2.3 結(jié)果分析與討論29-39
• 2.3.1 紫外可見(jiàn)吸收光譜29-34
• 2.3.2 30 種天然色素敏化 DSSC 的光電性能34-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 葡萄皮、山竹殼、春羽三種提取液在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 3.2.1 敏化劑的制備40-41
• 3.2.2 電極及電解質(zhì)制備41
• 3.2.3 組裝 DSSC41
• 3.3 結(jié)果分析與討論41-58
• 3.3.1 葡萄皮色素及其在 DSSC 中的應(yīng)用41-50
• 3.3.2 山竹殼色素及其在 DSSC 中的應(yīng)用50-56
• 3.3.3 春羽色素及其在 DSSC 中的應(yīng)用56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第4章 雙天然色素共敏化在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用60-70
• 4.1 引言60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60
• 4.3 結(jié)果分析與討論60-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 總結(jié)70-74
• 5.1 總結(jié)70-72
• 5.2 存在問(wèn)題及展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 致謝82-84
• 個(gè)人簡(jiǎn)介、在學(xué)期間發(fā)表的論文84

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