量子點(diǎn)敏化及磁場(chǎng)作用下染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能的研究

【摘要】：能源問(wèn)題作為全球關(guān)注的三大問(wèn)題之一，已經(jīng)成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中急待解決的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)和利用可再生能源已經(jīng)迫在眉睫。染料敏化太陽(yáng)能電池是一類新興的光伏器件，具有制作工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。然而，目前染料敏化太陽(yáng)能電池存在著轉(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。 染料敏化太陽(yáng)能電池中電子轉(zhuǎn)移過(guò)程主要包括光生載流子在半導(dǎo)體中的產(chǎn)生、復(fù)合和界面遷移等，在此過(guò)程中產(chǎn)生了大量易受磁場(chǎng)影響的電子、空穴，因此，我們認(rèn)為外加磁場(chǎng)有可能通過(guò)對(duì)這些帶電粒子行為的影響，進(jìn)而影響電池的光電性能以及量子效率。所以針對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池存在的光陽(yáng)極電子遷移率低、光生電子和空穴復(fù)合嚴(yán)重等問(wèn)題，我們提出外加磁場(chǎng)產(chǎn)生洛倫茲力來(lái)促進(jìn)電子空穴的分離，從而提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化率的構(gòu)思。 本論文采用CdS、PbS、CdSe量子點(diǎn)以及N719染料對(duì)多孔TiO_2薄膜及ZnO納米陣列進(jìn)行敏化，組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池，研究了外加磁場(chǎng)對(duì)電池光電性能的影響。結(jié)果表明，在磁場(chǎng)作用下，N719染料敏化的TiO_2薄膜電池在磁場(chǎng)中最大的短路電流密度是10mA/cm~2，比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)的短路電流密度8.32mA/cm~2增加了20.2%；其在磁場(chǎng)中最大的效率是5%比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)的效率4.68%增加了6.8%。CdS量子點(diǎn)敏化ZnO納米陣列電池在磁場(chǎng)中最大的短路電流密度是2.66mA/cm~2，比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)的短路電流密度1.92mA/cm~2增加了39%；在磁場(chǎng)中最大的效率是0.55%比沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)的效率0.34%增加了62%。通過(guò)分析敏化前后磁場(chǎng)作用下光陽(yáng)極薄膜電阻變化以及光電池的暗電流，說(shuō)明在一定大小磁場(chǎng)中，由于洛倫茲力的作用光生電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，促進(jìn)了光生電子和空穴的分離，從而減少光陽(yáng)極中電子和氧化態(tài)染料、氧化態(tài)電解質(zhì)之間的復(fù)合，導(dǎo)致染料敏化太陽(yáng)能電池的光電流和光電轉(zhuǎn)換效率的提高。這種簡(jiǎn)單易行的方法為提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能提供了新途徑。 簡(jiǎn)單水熱法生長(zhǎng)的核殼結(jié)構(gòu)ZnO微球具有較高的比表面積，增加了染料吸附量。核殼結(jié)構(gòu)對(duì)入射光有散射作用，延長(zhǎng)了光線在光陽(yáng)極內(nèi)的傳輸路徑，使入射光被多次吸收利用，從而使光陽(yáng)極更有效的捕獲光子，最終提高了電池光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 量子點(diǎn) 磁場(chǎng) TiO_2 ZnO
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介10-15
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的組成和結(jié)構(gòu)10-12
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的原理和性能參數(shù)12-15
• 1.3 量子點(diǎn)敏化的染料敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.1 量子點(diǎn)的特性15-16
• 1.3.2 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀16
• 1.4 提高染料敏化太陽(yáng)能電池光電性能的方法16-17
• 1.5 磁場(chǎng)的作用17-18
• 1.6 選題意義及研究?jī)?nèi)容18-19
• 第二章 TiO_2光陽(yáng)極的制備及性能研究19-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程20-23
• 2.2.1 電池的制備20-23
• 2.2.2 加磁場(chǎng)后光電池 I-V 曲線測(cè)試裝置示意圖23
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論23-35
• 2.3.1 不同敏化劑下 DSSC 的光電性能23-28
• 2.3.2 磁場(chǎng)作用下 DSSC 的光電性能的影響28-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第三章 ZnO 光陽(yáng)極的制備及性能研究36-52
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器36-37
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程37-38
• 3.2.1 ZnO 納米陣列的制備37-38
• 3.2.2 CdS 量子點(diǎn)敏化38
• 3.2.3 核殼結(jié)構(gòu) ZnO 微球的制備38
• 3.2.4 電池的組裝38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-51
• 3.3.1 不同敏化劑敏化 ZnO 納米陣列用作光陽(yáng)極的 DSSC 的光電性能38-41
• 3.3.2 磁場(chǎng)對(duì) ZnO 納米陣列光陽(yáng)極制備的 DSSC 光電性能的影響41-48
• 3.3.3 核殼結(jié)構(gòu) ZnO 微球表征及光電性能研究48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明58-59
• 致謝59-60

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