染料敏化太陽能電池的制備及優(yōu)化研究

【摘要】：染料敏化納米晶太陽能電池（DSSC）的工作原理與自然界中植物利用太陽能進(jìn)行的光合作用的原理類似，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在制備DSSC的各個環(huán)節(jié)中,最重要的環(huán)節(jié)是多孔納米晶TiO_2薄膜的制備，因為吸附上染料的TiO_2電極（即光陽極）對太陽光的利用率很大程度上決定了DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。 TiO_2電極影響電池的太陽光利用率高低因素主要包括：⑴、染料分子吸附的數(shù)量。⑵、光傳播路徑的長短。⑶、光生載流子的復(fù)合速率。⑷、TiO_2的帶隙寬度決定電池能引起的光響應(yīng)范圍（能夠利用到的太陽光的波段范圍）。 本文主要針對影響TiO_2電極的因素進(jìn)行一系列的優(yōu)化處理包括添加大小顆?；旌仙⑸鋵蛹皩鬏攲覶iO_2進(jìn)行稀土鉺的摻雜改性。添加散射層能夠解決電池中光的傳播路徑短的問題，因為小顆粒的TiO_2雖然有很大的比表面積，能夠吸附的染料分子比大顆粒的多，但是單層小顆粒的納米TiO_2薄膜近乎是透明的，無法發(fā)生光散射效應(yīng)，因此用單層TiO_2薄膜制備的DSSC光電轉(zhuǎn)換效率一般較低。如果添加適量大粒徑的TiO_2顆粒，會出現(xiàn)光散射效應(yīng)，從而增長的光的傳播路徑，提高光的反復(fù)利用。對TiO_2進(jìn)行稀土鉺離子摻雜目的是使TiO_2粒子生長的更好，抑制在高溫煅燒時銳鈦礦（anatase）向金紅石（rutile）相轉(zhuǎn)變，因為銳鈦礦比金紅石相更適合DSSC的應(yīng)用中，同時適當(dāng)?shù)南⊥翐诫s能在保證DSSC的開路電壓和填充因子不受影響的情況下，因為上轉(zhuǎn)換材料的作用能夠提高DSSC對太陽光的利用率，這樣就直接增加了電池中可利用的光子數(shù)，最終提高了電池的短路電流進(jìn)而提高電池的整體光電轉(zhuǎn)化效率。 本文采用溶膠-凝膠水熱法、P25粉體研磨法制、刮涂法及絲網(wǎng)印刷法制備TiO_2電極，通過掃描式電子顯微鏡（SEM）、X-光粉末衍射儀（XRD）、紫外-可見光光譜分析儀（UV-vis）及I-V特性曲線對其性能進(jìn)行表征并分析得出DSSC性能隨薄膜結(jié)構(gòu)不同有差異的原因，然后得到結(jié)論使DSSC性能得到最優(yōu)化的條件。我們需要在添加的散射層中控制大顆粒TiO_2的含量既保證電子能從薄膜順利被傳輸?shù)酵怆娐沸纬呻娏?，也保證傳輸層吸附染料的量及TiO_2薄膜光散射性。適量摻Er~+能相應(yīng)地將Er/TiO_2光響應(yīng)范圍移動到可見光位置、抑制晶粒的增大及晶相的轉(zhuǎn)變及抑制光生載流子的復(fù)合。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 TiO_2納米晶 光散射層 稀土摻雜
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插圖索引10-11
• 附表索引11-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 太陽能電池概述12-13
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理13-17
• 1.2.1 納米晶 TiO2電極15
• 1.2.2 敏化染料15-16
• 1.2.3 電解質(zhì)16
• 1.2.4 對電極16-17
• 1.3 染料敏化太陽能電池的研究背景及現(xiàn)狀17-18
• 1.4 染料敏化太陽能電池的前景及存在的問題研究18
• 1.5 本文構(gòu)想18-20
• 第2章 添加散射層 TiO2對電池的影響20-35
• 2.1 實驗內(nèi)容20-25
• 2.1.1 實驗儀器20
• 2.1.2 實驗材料20
• 2.1.3 實驗步驟20-25
• 2.1.3.1 實驗方法介紹21-22
• 2.1.3.2 清洗基材22-23
• 2.1.3.3 制備傳輸層納米晶 TiO2薄膜23-24
• 2.1.3.4 制備散射層納米晶 TiO2薄膜24
• 2.1.3.5 染料24
• 2.1.3.6 電解質(zhì)配制24
• 2.1.3.7 對電極制備24-25
• 2.1.3.8 電池組裝25
• 2.2 添加散射層對 TiO2電極的影響25-33
• 2.2.1 SEM 分析25-27
• 2.2.2 XRD 分析27-28
• 2.2.3 UV-vis分析28-30
• 2.2.4 電池整體性能分析30-33
• 2.3 小結(jié)33-35
• 第3章 摻 Er 對電池的影響35-45
• 3.1 實驗內(nèi)容35-36
• 3.1.1 實驗儀器35
• 3.1.2 實驗材料35-36
• 3.1.3 實驗方法介紹36
• 3.2 摻 Er 對 TiO2電極的影響36-42
• 3.2.1 SEM 分析36-38
• 3.2.2 XRD 分析38-39
• 3.2.3 UV-vis 分析39-40
• 3.2.4 電池整體性能分析40-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 結(jié)論45-47
• 參考文獻(xiàn)47-50
• 致謝50-51
• 附錄 A（攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄）51

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