染料及量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池用帶狀ZnO光陽(yáng)極的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSC)是一種新型太陽(yáng)能電池,其制作工藝簡(jiǎn)單、成本低,是硅電池的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而,目前DSC存在著轉(zhuǎn)換效率不高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),限制了它的大規(guī)模應(yīng)用。TiO_2是目前主要使用的光陽(yáng)極材料,但是其表面態(tài)過(guò)多,電子遷移率較低,導(dǎo)致電子復(fù)合比較嚴(yán)重,電子傳輸速率較慢,成為制約電池效率提高的一個(gè)因素。 ZnO具有與TiO_2類似的能帶結(jié)構(gòu)和較高的電子遷移率,是一種有希望的光陽(yáng)極材料。本論文嘗試使用電沉積法制備了一種新型的垂直基板生長(zhǎng)的納米帶狀ZnO光陽(yáng)極并將其用于DSC。納米帶結(jié)構(gòu)的光陽(yáng)極可以減少界面電阻,進(jìn)一步提高電子傳輸速率。發(fā)現(xiàn)電沉積的制備條件對(duì)ZnO光陽(yáng)極的形貌有著顯著的影響,因而對(duì)DSC的光電性能也起著直接的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著電解液濃度的降低,電沉積電壓、電沉積溫度的升高,所得電池的性能有所提高。同時(shí),對(duì)影響ZnO電池性能的因素如膜厚、電極形貌等進(jìn)行了詳細(xì)的討論。 另一方面,ZnO會(huì)與常用的N719染料生成Zn~(2+)/dye絡(luò)合物,對(duì)電池的性能有較大的影響。為了抑制Zn~(2+)/dye的生成,嘗試對(duì)光陽(yáng)極進(jìn)行包覆以及采用量子點(diǎn)代替染料。發(fā)現(xiàn)由于包覆層的制備過(guò)程中有酸的存在,因而無(wú)法使用跟包覆TiO_2光陽(yáng)極同樣的方法來(lái)對(duì)ZnO光陽(yáng)極進(jìn)行包覆。因此本論文主要研究使用CdS量子點(diǎn)代替染料。討論了敏化次數(shù)對(duì)電池性能的影響,在電沉積制備的ZnO納米帶光陽(yáng)極上得到了與使用染料時(shí)相近的效率,說(shuō)明量子點(diǎn)敏化對(duì)該ZnO光陽(yáng)極是一種行之有效的敏化方式。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 量子點(diǎn)敏化 ZnO納米帶結(jié)構(gòu) 電沉積 CdS量子點(diǎn)
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 引言7-22
• 1.1 選題的背景及意義7-9
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介9-18
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)與組成9-13
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理和性能參數(shù)13-18
• 1.3 含包覆層光陽(yáng)極的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 ZnO 光陽(yáng)極的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.6 課題的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 TiO_2 納米晶太陽(yáng)能電池的制備與研究22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 TiO_2 納米晶太陽(yáng)能電池的制備22-27
• 2.2.1 原料22-23
• 2.2.2 含包覆層TiO_2 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備23-26
• 2.2.3 量子點(diǎn)敏化TiO_2 太陽(yáng)能電池的制備26-27
• 2.3 TiO_2 納米晶太陽(yáng)能電池的表征27-33
• 2.3.1 含包覆層TiO_2 染料敏化太陽(yáng)能電池的表征27-31
• 2.3.2 量子點(diǎn)敏化TiO_2 太陽(yáng)能電池的表征31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 電沉積法制備帶狀ZnO 光陽(yáng)極34-69
• 3.1 引言34
• 3.2 帶狀ZnO 光陽(yáng)極的電沉積法制備34-37
• 3.2.1 原料34-35
• 3.2.2 帶狀ZnO 光陽(yáng)極的電沉積法制備35
• 3.2.3 ZnO 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備35-36
• 3.2.4 表征方法36-37
• 3.3 帶狀ZnO 光陽(yáng)極的表征37-40
• 3.4 ZnO 光陽(yáng)極的形成機(jī)理40-41
• 3.5 實(shí)驗(yàn)條件對(duì)ZnO 光陽(yáng)極的影響41-59
• 3.5.1 電解液濃度對(duì)ZnO 光陽(yáng)極的影響41-46
• 3.5.2 電沉積電壓對(duì)ZnO 光陽(yáng)極的影響46-53
• 3.5.3 電沉積溫度對(duì)ZnO 光陽(yáng)極的影響53-59
• 3.6 基于ZnO 光陽(yáng)極的電池性能影響因素59-68
• 3.7 本章小結(jié)68-69
• 第4章 量子點(diǎn)敏化ZnO 太陽(yáng)能電池的研究69-82
• 4.1 引言69
• 4.2 量子點(diǎn)敏化ZnO 太陽(yáng)能電池的制備69-71
• 4.2.1 原料69-70
• 4.2.2 ZnO 光陽(yáng)極的制備70
• 4.2.3 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備70
• 4.2.4 表征方法70-71
• 4.3 量子點(diǎn)敏化ZnO 太陽(yáng)能電池的表征71-81
• 4.3.1 刮涂法制備量子點(diǎn)敏化ZnO 太陽(yáng)能電池的表征71-76
• 4.3.2 電沉積法制備量子點(diǎn)敏化 ZnO 太陽(yáng)能電池的表征76-81
• 4.4 本章小結(jié)81-82
• 第5章 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-89
• 致謝89-90
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果90

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