復(fù)合改性納米TiO_2膜電極與準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池性能研究

【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境污染是人類在21世紀(jì)面臨的兩大挑戰(zhàn),開(kāi)發(fā)和利用可再生綠色能源已成為人類社會(huì)所面臨的重大課題。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生平衡能源,具有清潔、安全、廣泛、壽命長(zhǎng)等其它能源所不可比擬的優(yōu)點(diǎn),而太陽(yáng)能電池是開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的最有效方法之一。 為了解決太陽(yáng)能電池液態(tài)電解質(zhì)漏液、不易封裝、壽命短等問(wèn)題,本文選取聚電解質(zhì)(如聚丙烯酸鈉)作為凝膠劑,制成準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),并組裝成太陽(yáng)能電池,研究準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換性能。 為提高準(zhǔn)固態(tài)電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本文對(duì)電池的光陽(yáng)極材料進(jìn)行改性,分別采用非金屬元素?fù)诫s和金屬離子摻雜的方法對(duì)Ti02材料進(jìn)行改性,并組裝成準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池,研究其光電轉(zhuǎn)換性能。借助UV-Vis、FTIR、PL、SEM/EDS、XRD等分析手段對(duì)材料進(jìn)行表征。 結(jié)果表明,N、C元素的引入降低了Ti02的禁帶寬度,使其可見(jiàn)光區(qū)吸收光譜紅移,有效地提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。TiOxNyCz以400℃煅燒時(shí)顯示出最佳的光電轉(zhuǎn)換性能,準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2.15%。金屬離子的摻雜,使改性后的Ti02材料粒徑明顯減小,成膜顆粒更為均勻,分散性更好。金屬離子Al3+、Zn2+進(jìn)入Ti02晶格,形成新的摻雜能級(jí),降低了Ti02的帶隙能,有效地抑制了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合,提高了分離效率,從而使準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的Jsc和Voc增大,光電轉(zhuǎn)換效率顯著提高。當(dāng)A13+摻雜量為3mL(Al3+:TiO2=0.5%w/w)時(shí),電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高,達(dá)3.03%；當(dāng)Zn2+摻雜量為2mL (Zn2+:TiO2=0.9%w/w)時(shí),電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高,達(dá)3.15%。 【關(guān)鍵詞】：準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池 TiO_2 復(fù)合改性
【學(xué)位授予單位】：河南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 第一章 前言8-19
• 1.1 研究背景8
• 1.2 太陽(yáng)能電池的分類8-9
• 1.3 太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理9-16
• 1.3.1 太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)9-15
• 1.3.2 太陽(yáng)能電池的工作原理15-16
• 1.4 太陽(yáng)能電池的性能指標(biāo)16-17
• 1.5 課題的研究?jī)?nèi)容及意義17-19
• 1.5.1 課題的提出17-18
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容及意義18-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法與表征手段19-26
• 2.1 改性TIO_2的制備方法19-20
• 2.1.1 非金屬改性20
• 2.1.2 Al~(3+)摻雜改性20
• 2.1.3 Zn~(2+)摻雜改性20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑20-22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器22-23
• 2.3 表征手段23-24
• 2.3.1 紫外-可見(jiàn)光譜(UV-vis)23
• 2.3.2 紅外光譜(IR)23
• 2.3.3 熒光光譜(PL)23-24
• 2.3.4 掃描電鏡(SEM)24
• 2.3.5 X射線能譜(EDS)24
• 2.3.6 X射線衍射(XRD)24
• 2.4 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的組裝與性能測(cè)試24-26
• 2.4.1 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的選擇與制備24-25
• 2.4.2 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池性能測(cè)試25-26
• 第三章 非金屬改性TIO_2膜電極對(duì)準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的性能影響26-32
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分26-27
• 3.1.1 N、C摻雜TiO_2的制備方法26
• 3.1.2 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的組裝與性能測(cè)試26-27
• 3.2 結(jié)果與討論27-32
• 3.2.1 TiO_xN_yC_z的Uv-vis分析27
• 3.2.2 TiO_xN_yC_z的FTIR分析27
• 3.2.3 TiO_xN_yC_z的熒光表征27-30
• 3.2.4 TiO_xN_yC_z的XRD分析30-31
• 3.2.5 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池性能測(cè)試31-32
• 第四章 金屬改性TIO_2膜電極對(duì)準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的性能影響32-44
• 4.1 AL~(3+)-TIO_XN_YC_Z性能研究32-38
• 4.1.1 Al~(3+)摻雜TiO_2的制備方法32
• 4.1.2 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的組裝與性能測(cè)試32-34
• 4.1.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論34-38
• 4.2 ZN~(2+)-TIO_XN_YC_Z性能研究38-44
• 4.2.1 Zn~(2+)摻雜TiO_2的制備方法38
• 4.2.2 準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池的組裝與性能測(cè)試38-39
• 4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論39-44
• 第五章 結(jié)論與展望44-45
• 5.1 結(jié)論44
• 5.2 展望44-45
• 參考文獻(xiàn)45-51
• 致謝51-52
• 作者簡(jiǎn)介52

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