染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及光電性能的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）主要是通過對(duì)植物葉子光合作用原理的模仿，基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。由于其價(jià)格低廉、制作工藝相對(duì)其他種類電池簡(jiǎn)單，且具有易于大面積工業(yè)化生產(chǎn)的潛力，同時(shí)其所有原材料和生產(chǎn)工藝都是安全無毒、無污染的，其中一些材料還可以得到充分的回收和有效利用，對(duì)保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。本文通過粉末涂敷法制備了純TiO_2薄膜光陽(yáng)電極，同時(shí)在純TiO_2薄膜中引入半導(dǎo)體ZnO制備成ZnO/TiO_2復(fù)合薄膜光陽(yáng)電極，利用XRD、SEM和紫外-可見光-近紅外分光現(xiàn)代手段對(duì)所制備的薄膜的晶型、表面形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了表征，然后對(duì)由其所組裝成的電池進(jìn)行了光電性能測(cè)試。 通過正交試驗(yàn)，對(duì)粉末涂敷法制備TiO_2薄膜的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選取了主要的四個(gè)影響因素即乙酰丙酮、OP乳化劑、蒸餾水的量和研磨時(shí)間進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過粉末涂敷法所制備的TiO_2薄膜為銳鈦礦和金紅石相混晶結(jié)構(gòu)，但銳鈦礦相占主導(dǎo)地位，純度較高，在[101]面具有一定的擇優(yōu)取向；得到的最優(yōu)工藝參數(shù)為乙酰丙酮0.2ml，蒸餾水10ml，OP乳化劑0.1ml和研磨時(shí)間60分鐘時(shí)，所制備的薄膜具有較好的光電性能，光電轉(zhuǎn)換效率為4.51%。 本文在由粉末涂敷法最優(yōu)工藝參數(shù)條件下所制備的TiO_2薄膜中引入寬禁帶半導(dǎo)體材料ZnO，對(duì)其進(jìn)行復(fù)合得到ZnO/TiO_2復(fù)合薄膜。借助紫外-可見光-近紅外分光光度計(jì)和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)ZnO/TiO_2復(fù)合薄膜電極進(jìn)行紫外-可見光學(xué)性能和表面形貌進(jìn)行了表征，研究了在制備復(fù)合薄膜過程中浸泡時(shí)間對(duì)薄膜光電性能的影響，并與純TiO_2薄膜進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在浸泡時(shí)間為80分鐘時(shí)，所制備的復(fù)合薄膜在厚度上比較適中，且能極大的降低暗電流的產(chǎn)生，改善電極的禁帶結(jié)構(gòu)，電池的光電性能最佳，達(dá)到4.99%，與純TiO_2薄膜相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了10.6%。 【關(guān)鍵詞】：DSSC 光陽(yáng)極 TiO_2薄膜 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 主要符號(hào)表11-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 太陽(yáng)能電池研究背景12-13
• 1.2 太陽(yáng)能電池的分類13-15
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的應(yīng)用15-16
• 1.4 本課題的研究目的與意義16
• 1.5 研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與性能表征17-39
• 2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)與工作原理17-24
• 2.2 二氧化鈦薄膜的性質(zhì)和制備方法24-27
• 2.2.1 二氧化鈦薄膜的性質(zhì)24-26
• 2.2.2 二氧化鈦薄膜的制備方法26-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)27-32
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)材料28
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器28
• 2.3.3 準(zhǔn)備工作28-29
• 2.3.4 TiO_2薄膜光陽(yáng)極的制備29-30
• 2.3.5 ZnO/TiO_2復(fù)合薄膜光陽(yáng)極的制備30
• 2.3.6 鉑對(duì)電極的制備30-31
• 2.3.7 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝31-32
• 2.4 染料敏化太陽(yáng)能電池測(cè)試32-33
• 2.5 染料敏化太陽(yáng)能電池性能參數(shù)33-35
• 2.5.1 短路電流（ISC）與開路電壓（VOC）34
• 2.5.2 填充因子（FF）34-35
• 2.5.3 光電轉(zhuǎn)換效率（η）35
• 2.5.4 入射單色光-電轉(zhuǎn)化效率（IPCE）35
• 2.6 TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)的分析與形貌的表征35-38
• 2.6.1 TiO_2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)分析（XRD 法）35-37
• 2.6.2 TiO_2薄膜表面形貌的觀測(cè)37-38
• 2.7 薄膜光學(xué)性能的測(cè)定38-39
• 第3章 納米 TiO_2薄膜光陽(yáng)極的制備及光電性能研究39-48
• 3.1 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)39
• 3.2 正交實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果39-40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-46
• 3.3.1 TiO_2薄膜陽(yáng)極 X 射線衍射（XRD）分析40-42
• 3.3.2 TiO_2薄膜陽(yáng)極的形貌分析42-43
• 3.3.3 光電性能測(cè)試43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第4章 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜的制備及光電性能的研究48-57
• 4.1 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜的制備50
• 4.2 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜的吸光度分析50-51
• 4.3 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜表面形貌分析51-53
• 4.4 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜膜厚與橫斷面形貌分析53-54
• 4.5 ZnO/ TiO_2復(fù)合薄膜電池性能分析54-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文64

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