ZnO基染料敏化太陽能電池光陽極的制備及光伏性能研究

【摘要】：在能源危機(jī)與環(huán)境污染日益凸顯和亟待解決的大背景下，以太陽能為代表的新能源的開發(fā)與利用，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展成為緩解能源危機(jī)與環(huán)境污染局勢的關(guān)鍵。太陽能電池作為太陽能光伏應(yīng)用的有效器件之一，得到了越來越多的科研工作者的研究和關(guān)注。本論文對太陽能電池的研究發(fā)展?fàn)顩r，尤其是染料敏化太陽能電池(DSSCs)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、光電性能的影響因素以及表征測試方法，做了較為詳細(xì)的論述，著重把提高ZnO DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率作為本論文工作的出發(fā)點(diǎn)，開展了以下幾方面的工作： 1.通過乙酸鋅水溶液處理ZnO納米晶光陽極，討論了ZnO納米晶DSSCs的表面化學(xué)修飾處理對DSSCs光電性能及電化學(xué)性能的影響。研究表明乙酸鋅水溶液處理ZnO納米晶光陽極后，光陽極中形成了納米團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，并且隨著處理時間的延長，納米團(tuán)聚體的數(shù)量增多且尺寸分布不均勻，表面有微孔。這樣的結(jié)構(gòu)一方面能有效減小納米晶顆粒間的晶界數(shù)，減小光生電子的散射，抑制電子的復(fù)合；另一方面，納米團(tuán)聚體能起到光散射層的作用，增加光的捕獲效率，而表面的微孔有利于電解液的滲入。 2.采用同軸靜電紡絲法制備了TiO_2空心納米纖維，并經(jīng)聚乙二醇超聲分散后摻入到ZnO納米晶漿料中，制備了一系列不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的電極漿料，再通過傳統(tǒng)的刮涂法制備了TiO_2/ZnO復(fù)合光陽極。研究了TiO_2空心納米纖維作為光散射層對復(fù)合光陽極的光捕獲效率的影響，結(jié)合ZnO納米顆粒在染料吸附方面的貢獻(xiàn)，討論了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TiO_2空心納米纖維的摻雜對電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響。同時，研究了ZnO與TiO_2由于能級結(jié)構(gòu)的差別在復(fù)合光陽極中形成的能量勢壘對電子注入和復(fù)合的影響。結(jié)果表明，隨著TiO_2空心纖維的摻入，光陽極的光捕獲效率逐漸增大，尤其是在600～800nm的光波區(qū)域內(nèi)。TiO_2空心纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時，獲得最大的短路電流密度13.15mA·cm~(-2)和最高的光電轉(zhuǎn)換效率4.59%。 3.采用溶膠凝膠法制備前驅(qū)體溶液，結(jié)合靜電噴霧法制備了ZnO納米球。將其作為陽極材料，組裝ZnO納米球的DSSCs，研究其光電轉(zhuǎn)換性能，并結(jié)合暗態(tài)下的電化學(xué)阻抗譜，研究了ZnO納米球光陽極與電解液界面的電子復(fù)合情況。結(jié)果表明，ZnO納米球作光陽極能有效抑制電子復(fù)合，延長電子壽命。 【關(guān)鍵詞】：DSSCs TiO_2空心納米纖維 復(fù)合光陽極 ZnO納米球 電化學(xué)阻抗
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展背景和方向9-12
• 1.2.1 硅基太陽能電池10
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽能電池10-11
• 1.2.3 聚合物多層修飾太陽能電池11
• 1.2.4 納米晶染料敏化太陽能電池(DSSCs)11-12
• 1.3 DSSCs 的結(jié)構(gòu)、工作原理及測試條件和表征參數(shù)12-17
• 1.3.1 DSSCs 的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 DSSCs 的工作原理13-15
• 1.3.3 DSSCs 的測試條件和主要性能表征參數(shù)15-17
• 1.4 選題背景及研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 選題背景17
• 1.4.2 ZnO DSSCs 的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.5 本論文的設(shè)計(jì)思路及主要研究內(nèi)容20-21
• 第2章 乙酸鋅預(yù)處理對 ZnO 納米晶 DSSCs 性能的影響21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備22
• 2.2.3 ZnO 光陽極的制備工藝流程22-23
• 2.2.4 電池的組裝23
• 2.2.5 表征與測試方法23-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-31
• 2.3.1 乙酸鋅預(yù)處理光陽極表面形貌分析26
• 2.3.2 乙酸鋅預(yù)處理對 DSSCs 光伏性能影響分析26-29
• 2.3.3 乙酸鋅處理對光陽極染料吸附量的影響29
• 2.3.4 乙酸鋅處理對 DSSCs 電化學(xué)性能影響29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 TiO_2納米纖維/ZnO 納米顆粒復(fù)合光陽極的制備及光電性能研究32-45
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-37
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料33
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備33-34
• 3.2.3 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極的制備34-36
• 3.2.5 表征與測試方法36-37
• 3.3 結(jié)果與討論37-44
• 3.3.1 TiO_2空心纖維的形貌及結(jié)構(gòu)分析37-38
• 3.3.2 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極的表面形貌分析38
• 3.3.3 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極的晶體結(jié)構(gòu)分析38-39
• 3.3.4 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極光伏性能分析39-40
• 3.3.5 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極染料吸附量分析40-41
• 3.3.6 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極透射光譜分析41-42
• 3.3.7 ZnO NPs/TiO_2NFs 復(fù)合光陽極 DSSCs 電化學(xué)阻抗分析42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 電噴法制備 ZnO 納米球及其用作 DSSCs 光陽極的研究45-52
• 4.1 引言45-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46-48
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料46
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備46-47
• 4.2.3 ZnO 納米球光陽極的制備47-48
• 4.2.5 表征與測試方法48
• 4.3 結(jié)果與討論48-51
• 4.3.1 表面形貌分析48-49
• 4.3.2 X 射線衍射(XRD)分析49
• 4.3.3 光伏性能分析49-50
• 4.3.4 電化學(xué)性能研究50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 總結(jié)與展望52-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 致謝60-61
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文情況61

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