Er~（+3）摻雜TiO_2電極的染料敏化太陽能電池的性究

【摘要】：到2050年,人類對(duì)能源的消耗量將是現(xiàn)在一倍多,到本世紀(jì)末將達(dá)到3倍左右。政治,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的穩(wěn)定需要大量的能源供應(yīng)。然而,全球石油的產(chǎn)量很快就不能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,這是一個(gè)非?？膳碌慕Y(jié)果,這個(gè)問題引起了人們的日益關(guān)注。另外,由于化石燃料燃燒后,排放出二氧化碳,引起全球變暖,而全球變暖又破壞環(huán)境的。因此,為了減少二氧化碳的排放量,發(fā)展無碳能源以滿足社會(huì)發(fā)展的需要,但是如何利用無碳能源將成為本世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)之一。 毫無疑問,太陽能是最理想的無碳能源。太陽平均每年輻射到地球上的太陽能是全球每年平均所消耗能量的一萬倍,是地球上可以利用的最大清潔能源。然而為了充分利用輻射到地球上的太陽能,我們需要發(fā)展太陽能利用技術(shù),從經(jīng)濟(jì)學(xué)上來說,太陽能還不能完全取代化石燃料。如何有效的利用豐富的,環(huán)保的太陽能并且使其以較低成本地轉(zhuǎn)換為電能是困擾廣大科學(xué)家的一個(gè)難題。 在過去的十年里,染料敏化太陽能電池作為低成本的光電轉(zhuǎn)換裝置取代常規(guī)的無機(jī)光電轉(zhuǎn)換裝置吸引了越來越多科學(xué)家的注意。在敏化太陽能電池中,二氧化鈦薄膜的多孔結(jié)構(gòu)明顯地增加了吸附在其表面的光敏化劑量,增加了光敏化劑的光捕獲能力并且保持了和電解質(zhì)比較好的接觸。染料敏化太陽能電池,光電轉(zhuǎn)換的完成是通過激發(fā)態(tài)的染料快速的將電子注入到二氧化鈦的導(dǎo)帶中,然后氧化態(tài)的染料分子被電解質(zhì)還原和并將空穴迅速地傳輸?shù)狡鋵?duì)電極。染料敏化太陽能電池已經(jīng)取得了10.4%的光電轉(zhuǎn)換效率。然而在很長的時(shí)期內(nèi),如何使其能夠長期的,高效率的,穩(wěn)定的工作是一個(gè)新挑戰(zhàn),這對(duì)于染料敏化太陽能電池的應(yīng)用是非常重要的。 我們制備了染料敏化太陽能電池的二氧化鈦光電極,并組裝了染料敏化電池和對(duì)電池的光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行測(cè)試等,研究了DSSC半導(dǎo)體電極。在染料敏化太陽能電池的性能測(cè)試的過程中,研究了在電池的對(duì)電極后加一個(gè)反射鏡和不加反射鏡,電解液的組成對(duì)染料敏化太陽電池性能的影響,并研究了在染料敏化太陽能電池的光陽極摻入三氧化餌對(duì)提高染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響,并得到了6.05%的光電轉(zhuǎn)換效率。 主要做了以下有意義的工作: 1.本論文以二氧化鈦粉末為原料,加入酒精,分散劑后進(jìn)行攪拌,把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜,550℃熱處理30min后,在N3染料的乙醇溶液中(5×10-4 mol L-1)浸泡24小時(shí),得到TiO2/染料電極。用夾子把TiO2/染料電極和鍍Pt的電極夾緊,在兩者之間滴加電解液,即完成染料敏化太陽能制作。在測(cè)試的時(shí)候,為了充分利用光,在對(duì)電極的后面加一個(gè)反射鏡,有利于光的充分利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。2.用水熱法制備了粒徑約為20nm的正方形二氧化鈦納米顆粒,加入酒精,分散劑和摻入二氧化餌納米顆粒進(jìn)行攪拌,把所得的漿料涂敷在導(dǎo)電玻璃上成膜,550℃熱處理30min后,在N719染料的乙醇溶液中(5×10-4 mol L-1)浸泡24小時(shí),得到TiO2/染料電極。用夾子把TiO2/染料電極和鍍Pt的電極夾緊,在兩者之間滴加電解液,即完成染料敏化太陽能制作。然后又研究了在TiO2電極摻入三氧化餌納米顆粒,對(duì)染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。在AM=1.5的光輻射下,染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從4.83%提高到6.05%. 3.研究了TiO2薄膜不同的退火溫度,TiCl4處理與否,不同的電解液配置,沒有加鏡子和加鏡子,摻Er2O3和沒有摻Er2O3對(duì)電池光電轉(zhuǎn)化性能的影響。結(jié)果表明,加入Er2O3的TiO2薄膜在500℃退火30 min后,TiCl4 80℃處理30min,在N719染料的乙醇溶液中(5×10-4 mol L-1)浸泡24h可獲得較好的光電性能。當(dāng)電池的有效面積為0.49cm2 ,氙燈的輻照功率密度為100mW/cm2時(shí),開路電壓為0.739 mV,短路電流為23.67 mA/cm2,可獲得6.05%的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 TiO2電極 TiO2/ Er2O3電極 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-33
• 引言12-13
• 1.1 半導(dǎo)體太陽能電池的導(dǎo)電機(jī)制和染料敏化太陽能電池的導(dǎo)電機(jī)制13-17
• 1.1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)13-14
• 1.1.2 半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)14-15
• 1.1.3 染料敏化太陽能電池的工作原理15-17
• 1.2 染料敏化納米晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)及分類17-18
• 1.2.1 染料敏化納米晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)17
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的分類17-18
• 1.3 二氧化鈦納米晶染料敏化太陽能電池的工作電極18-22
• 1.3.1 二氧化鈦的性質(zhì)19-20
• 1.3.2 二氧化鈦電極20
• 1.3.3 納米TiO_2 多孔膜的改性20-22
• 1.4 染料敏化劑22-24
• 1.5 氧化還原電解質(zhì)24-27
• 1.5.1 液態(tài)電解質(zhì)24-25
• 1.5.2 準(zhǔn)固態(tài)態(tài)電解質(zhì)25-26
• 1.5.3 固態(tài)電解質(zhì)26-27
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容27-28
• 1.7 本論文的研究意義28-30
• 參考文獻(xiàn)30-33
• 第2章 染料敏化太陽能的制備及研究33-45
• 2.1 染料敏化太陽能電池的制備33-38
• 2.1.1 薄膜電極的制備33-35
• 2.1.2 對(duì)電極的研究進(jìn)展35-37
• 2.1.3 染料的配置和多孔電極的敏化37
• 2.1.4 電解液的配置37
• 2.1.5 電池的組裝37-38
• 2.2 染料敏化太陽能電池的性能表征38-42
• 2.2.1 染料敏化太陽能電池的多孔電極的表征和分析38-39
• 2.2.2 染料敏化太陽能電池的光電化學(xué)測(cè)量39-40
• 2.2.3 染料敏化太陽能電池的 I – V 曲線40-42
• 2.3 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻(xiàn)43-45
• 第3章 提高染料敏化太陽能電池的方法45-65
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)和測(cè)試46-48
• 3.2.1 樣品的制備46-48
• 3.2.2 樣品測(cè)試48
• 3.3 結(jié)果和討論48-60
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)和形貌48-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 第4章 結(jié)束語65-67
• 4.1 主要研究成果和創(chuàng)新65-66
• 4.2 展望66-67
• 碩士期間發(fā)表的論文67-68
• 致謝68-69

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