染料及量子點敏化太陽能電池納米陣列光陽極研究

【摘要】：以染料或者量子點作為敏化劑的納米氧化物太陽能電池是一種新型的太陽能電池，具有廣闊的應用前景。作為光陽極，納米氧化物是敏化太陽能電池的關鍵組成部分，相比納米顆粒，一維TiO_2納米材料為電子的傳輸提供了直接的通道，從而提高電池的電荷收集效率。 本論文以一維TiO_2納米材料為出發(fā)點，研究了納米陣列薄膜的制備方法及其在染料和量子點敏化納米氧化物太陽能電池中的應用。首先通過水熱法制備了TiO_2納米線陣列，在納米線薄膜表面包覆一層MgO絕緣層，以抑制電子的復合，提高了電池的光電轉換效率，并利用電化學阻抗譜研究了染料敏化太陽能電池中TiO_2納米線陣列的電子傳輸行為。 TiO_2納米管是另外一種重要的一維納米材料，本論文通過陽極氧化法制備TiO_2納米管陣列，研究了陽極氧化時間、電壓和電解質(zhì)濃度對TiO_2納米管的形貌、尺寸的影響規(guī)律，并深入探討了納米管尺寸對染料敏化太陽能電池光陽極性能的影響。 另一方面，量子點作為一種新型的敏化材料，已經(jīng)成為敏化太陽能電池的研究熱點，目前關于量子點敏化一維材料的研究尚少。本論文通過化學浴沉積法合成了Ag2S無毒量子點，研究了不同制備條件對其組成成分、微觀形貌和能級結構等的影響。并以Ag2S敏化的TiO_2納米管為光陽極，對量子點敏化太陽能電池的光電性能進行了深入研究。 【關鍵詞】：敏化太陽能電池 TiO_2納米線 TiO_2納米管 Ag_2S 量子點 電化學阻抗譜
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TB383.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-21
• 1.1 選題的背景及意義8-9
• 1.2 染料敏化太陽能電池簡介9-11
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池概述9-10
• 1.2.2 導電基板10
• 1.2.3 納米氧化物光陽極10
• 1.2.4 對電極10-11
• 1.2.5 染料11
• 1.2.6 電解質(zhì)11
• 1.3 量子點敏化太陽能電池簡介11-12
• 1.3.1 量子點11-12
• 1.3.2 量子點敏化太陽能電池的結構組成及工作原理12
• 1.4 敏化太陽能電池的表征方法12-17
• 1.4.1 敏化太陽能電池的性能參數(shù)12-15
• 1.4.2 紫外可見吸收光譜15
• 1.4.3 電化學阻抗譜15-17
• 1.5 敏化太陽能電池光陽極的研究現(xiàn)狀17
• 1.6 TiO_2納米陣列光陽極的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.7 量子點敏化太陽能電池的研究現(xiàn)狀19
• 1.8 課題的研究目標和研究內(nèi)容19-21
• 第2章 TiO_2納米線薄膜的包覆及其在 DSCs 中的性能研究21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 原料及設備21-22
• 2.3 TiO_2納米線薄膜的制備及 MgO 包覆22-23
• 2.3.1 TiO_2納米線陣列的制備22
• 2.3.2 TiO_2納米線陣列的表面包覆22-23
• 2.4 電池的組裝與測試23
• 2.5 納米線薄膜形貌分析23-24
• 2.6 物相及元素分析24-25
• 2.7 納米線薄膜的染料吸附能力研究25-26
• 2.8 薄膜電極的電荷傳輸研究26-30
• 2.8.1 EIS 測試、擬合及計算方法26-27
• 2.8.2 薄膜電極的 EIS 分析27-30
• 2.9 薄膜電極的光電性能分析30-31
• 2.10 本章小結31-32
• 第3章 TiO_2納米管的制備及其在 DSCs 中的性能研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 原料及設備32-33
• 3.3 TiO_2納米管陣列的陽極氧化法制備33-35
• 3.3.1 TiO_2納米管陣列的制備方法33
• 3.3.2 物相及元素分析33-35
• 3.3.3 TiO_2納米管陣列的生長機理35
• 3.4 制備工藝對 TiO_2納米管陣列的影響35-39
• 3.4.1 NH4F 濃度對 TiO_2納米管的影響35-36
• 3.4.2 H2O 濃度對 TiO_2納米管的影響36-37
• 3.4.3 陽極氧化時間對 TiO_2納米管的影響37-38
• 3.4.4 陽極氧化電壓對 TiO_2納米管的影響38-39
• 3.5 TiO_2納米管太陽能電池的性能研究39-41
• 3.5.1 TiO_2納米管太陽能電池的組裝與測試39
• 3.5.2 TiO_2納米管尺寸對電池光電性能的影響39-41
• 3.5.3 TiO_2納米管的染料吸附能力研究41
• 3.6 納米顆粒/納米管復合薄膜的制備41-46
• 3.6.1 上下貫通的納米管制備及其與納米顆粒的復合方法研究42-44
• 3.6.2 納米顆粒/納米管復合薄膜的水熱法制備44-46
• 3.7 本章小結46-47
• 第4章 Ag_2S 量子點敏化太陽能電池的研究47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 原料及設備47-48
• 4.3 Ag_2S 量子點的制備及表征48-51
• 4.3.1 Ag_2S 量子點的 CBD 法制備48
• 4.3.2 Ag_2S 量子點的物相分析48-49
• 4.3.3 Ag_2S 量子點合成的化學反應機理49
• 4.3.4 Ag_2S 量子點的 UV-Vis-NIR 吸收光譜分析49-51
• 4.4 量子點敏化的 TiO_2納米管太陽能電池的性能研究51-59
• 4.4.1 Ag_2S 量子點敏化 TiO_2納米管太陽能電池的制備方法51
• 4.4.2 Ag_2S 量子點敏化光陽極的形貌及物相分析51-53
• 4.4.3 Ag_2S 量子點敏化光陽極的能級結構分析53-55
• 4.4.4 量子點敏化太陽能電池的光電性能分析55-58
• 4.4.5 量子點敏化太陽能電池的 EIS 分析58-59
• 4.5 量子點敏化的 SnO_2納米晶太陽能電池的性能研究59-66
• 4.5.1 Ag_2S 量子點敏化 SnO_2納米顆粒太陽能電池的制備方法59
• 4.5.2 光陽極的形貌及物相分析59-61
• 4.5.3 量子點敏化光陽極的能級結構分析61-62
• 4.5.4 量子點敏化太陽能電池的對電極優(yōu)化62-64
• 4.5.5 量子點敏化 SnO_2太陽能電池的光電性能分析64-66
• 4.6 本章小結66-67
• 第5章 結論67-69
• 參考文獻69-76
• 致謝76-78
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果78

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