Au/TiO_2復(fù)合薄膜的制備及太陽(yáng)能電池光電性能的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)由于它的價(jià)格低、質(zhì)量輕、制作簡(jiǎn)單、弱光下可以工作等優(yōu)點(diǎn)得到迅猛發(fā)展,成為可再生能源科學(xué)研究的一大熱點(diǎn)。這種新型的光電化學(xué)太陽(yáng)能電池作為多組分結(jié)構(gòu)的體系,還存在很多的問(wèn)題需要考慮。基于貴金屬納米粒子的表面等離子共振效應(yīng)(SPR)與半導(dǎo)體表面電磁場(chǎng)的相互耦合諧振,增加對(duì)入射光的吸收和提高電子在太陽(yáng)能電池中傳輸作用,進(jìn)而提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。 本文通過(guò)溶膠水熱法合成納米TiO_2溶膠并配合有機(jī)高分子分散劑(PVA)得到鍍膜用溶膠,運(yùn)用電流體動(dòng)力學(xué)(EHD)制備了性能優(yōu)異的具有多孔結(jié)構(gòu)的納米TiO_2薄膜。通過(guò)晶體衍射分析(XRD)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)和紫外-可見(jiàn)光吸收光譜(UV-vis)等結(jié)果表明:水熱法合成納米TiO_2顆粒分布比較均勻,使用EHD制備的納米晶TiO_2多孔薄膜中具有連續(xù)分布狀態(tài)的多級(jí)結(jié)構(gòu)特征,并表現(xiàn)出良好的光散射性質(zhì)。使用檸檬酸鈉還原氯金酸合成不同粒徑的Au納米粒子,并通過(guò)溶劑組裝法將Au納米粒子組裝在具有多孔結(jié)構(gòu)的TiO_2薄膜上,利用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)分別觀察Au納米粒子的粒徑尺寸以及它們?cè)诙嗫譚iO_2薄膜的分布狀況,通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜儀(UV-vis)、X射線光電子能譜儀(XPS)和X-ray衍射分析表明Au納米粒子已經(jīng)組裝到TiO_2薄膜上,而且大部分分布在薄膜表面,在薄膜表面分散比較均勻。將Au納米粒子修飾的TiO_2薄膜電極、敏化染料、電解質(zhì)和對(duì)電極組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池,并通過(guò)伏安特性(I-V)曲線、單色光的光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)曲線和電化學(xué)阻抗(Nyquist)曲線的分析,證明多孔TiO_2薄膜的電磁場(chǎng)與Au納米粒子的表面等離子共振(SPR)相互耦合能增強(qiáng)光吸收和有利于電荷傳輸,Au納米粒子的添加有助于電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高,在模擬太陽(yáng)光強(qiáng)度為100mW/cm~2下,得到6.70%的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 金納米粒子 二氧化鈦 表面等離子共振
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4;O484.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展12-13
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理13-15
• 1.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)13
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理13-15
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池待解決的問(wèn)題15-16
• 1.4.1 透明導(dǎo)電基板15
• 1.4.2 納米晶半導(dǎo)體材料薄膜15
• 1.4.3 敏化染料15
• 1.4.4 電解質(zhì)15-16
• 1.4.5 對(duì)電極16
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 Ti0_2光陽(yáng)極薄膜的制備17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 原料及實(shí)驗(yàn)儀器17-18
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料17-18
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器18
• 2.3 Ti0_2 溶膠與薄膜的制備18-20
• 2.3.1 水熱法制備納米Ti0_2 溶膠18-19
• 2.3.2 納米Ti0_2 光陽(yáng)極薄膜制備的前期準(zhǔn)備19
• 2.3.3 EHD 技術(shù)制備Ti0_2 多孔結(jié)構(gòu)薄膜19-20
• 2.4 測(cè)試結(jié)果與討論20-25
• 2.4.1 XRD 晶型測(cè)試分析20-21
• 2.4.2 納米Ti0_2 粉體的TEM 分析21-22
• 2.4.3 納米Ti0_2 粉體的SEM 分析22-23
• 2.4.4 孔隙分布分析23-24
• 2.4.5 薄膜的紫外-可見(jiàn)光吸收光譜24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 Au 納米顆粒的制備及在Ti0_2上的組裝26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 Au 納米粒子的性質(zhì)及制備方法26-29
• 3.2.1 Au 納米粒子的性質(zhì)26-27
• 3.2.2 Au 納米粒子的制備方法27
• 3.2.3 Au 納米粒子修飾電極27-28
• 3.2.4 Au 納米粒子在氧化鈦薄膜上的自組裝28-29
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分29-30
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)原料29
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器29
• 3.3.3 檸檬酸鈉法合成Au 納米粒子29-30
• 3.3.4 溶劑自組裝法組裝Au 納米粒子30
• 3.3.5 實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法30
• 3.4 測(cè)試結(jié)果與討論30-34
• 3.4.1 Au 納米粒子的TEM30-31
• 3.4.2 不同粒徑Au 納米粒子修飾Ti0_2 薄膜的紫外吸收光譜31-32
• 3.4.3 Au 納米粒子修飾的Ti0_2 薄膜的SEM32-33
• 3.4.4 修飾的Ti0_2 薄膜前后的XPS33
• 3.4.5 Ti0_2 薄膜修飾前后的XRD 晶型測(cè)試分析33-34
• 3.5 本章小結(jié)34-36
• 第4章 組裝DSSC 電池36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法36-39
• 4.2.1 短路電流I_(SC)和開(kāi)路電壓V_(OC)36-37
• 4.2.2 單色光的光電轉(zhuǎn)換效率IPCE37
• 4.2.3 DSSC 的I-V 曲線37-39
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分39-42
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)原料39
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器39-40
• 4.3.3 染料敏化太陽(yáng)能電池DSSC 的制備40-41
• 4.3.4 DSSC 的電學(xué)特性的測(cè)試41-42
• 4.4 測(cè)試結(jié)果與討論42-46
• 4.4.1 多孔Ti0_2 膜厚對(duì)短路電流和開(kāi)路電壓的影響42-43
• 4.4.2 DSSC 的I-V 曲線和電性能測(cè)定43-44
• 4.4.3 DSSC 的IPCE 分析44-45
• 4.4.4 DSSC 的電荷傳輸行為分析45-46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 結(jié)論47-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文53-54
• 致謝54

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