二氧化鈦雙層膜的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】： 本課題采用轉(zhuǎn)化效率相對較高的TiO2作為復(fù)合膜主要材料,將形貌不同、性能優(yōu)異的TiO2材料以雙層結(jié)構(gòu)結(jié)合從而實現(xiàn)電極膜的多功能化。這種雙層結(jié)構(gòu)利用了納米晶顆粒呈現(xiàn)出優(yōu)異的染料吸附能力和一維納米管結(jié)構(gòu)在電子傳導(dǎo)具有相對的優(yōu)勢。 采用水熱法在180℃下制得平均粒徑-20nm的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶；在水熱溫度130℃下制得平均管長-1μm、管徑-10nm左右的銳鈦礦型二氧化鈦納米管。通過刀片涂覆法先后將添加PEG的二氧化鈦納米晶、納米管漿料沉積在FTO玻璃基底上,之后采用程序升溫煅燒法成功制得二氧化鈦雙層膜電極。通過調(diào)控膜組成和厚度得出：氧化鈦納米晶層與納米管層厚度比為5：3且電極膜厚度為16μm時雙層膜電池的光電性能最為優(yōu)異。 通過光電流-光電壓曲線(I-V曲線)、交流阻抗圖譜(EIS圖譜)以及光電轉(zhuǎn)化效率(IPCE)三種測試方法全面分析了電池的光電性能。雙層膜電池總體的光電轉(zhuǎn)化效率為6.15%,比純二氧化鈦納晶膜電池的光電轉(zhuǎn)化效率高出44.7%并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純二氧化鈦納管膜電池。通過電池的交流阻抗圖譜研究了電池內(nèi)部電子傳輸狀態(tài),測試發(fā)現(xiàn)二氧化鈦雙層膜電池具有最低的電子傳輸阻抗和最長的電子壽命。二氧化鈦雙層膜電池、二氧化鈦納晶膜電池和二氧化鈦納管膜電池在固定波長約530nm處光電轉(zhuǎn)化效率值分別為57.3%,40.3%和2.2%。與同厚度的純二氧化鈦納晶膜和純二氧化鈦納管膜電池相比,以二氧化鈦雙層膜電池呈現(xiàn)出最好的光電性能。 本文將二氧化鈦雙層電極膜應(yīng)用于染料敏化太陽能電池,深入研究了復(fù)合膜組成、形貌以及厚度對電池光電轉(zhuǎn)化效率的影響,為二氧化鈦雙層膜在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：納米晶 納米管 雙層膜 半導(dǎo)體 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 能源現(xiàn)狀15-16
• 1.2 太陽能電池的分類16-19
• 1.2.1 硅基太陽能電池16-17
• 1.2.2 化合物薄膜太陽能電池17
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池17-18
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池18-19
• 1.3 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理19-20
• 1.4 染料敏化太陽能電池組成部分的介紹20-22
• 1.4.1 薄膜電極20
• 1.4.2 染料敏化劑20-21
• 1.4.3 對電極21-22
• 1.4.4 電解質(zhì)22
• 1.5 二氧化鈦膜電極的應(yīng)用現(xiàn)狀22-27
• 1.6 本課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處27-29
• 第二章 陽極材料的制備與表征29-39
• 2.1 實驗試劑與儀器設(shè)備29-30
• 2.1.1 實驗試劑29
• 2.1.2 實驗儀器與設(shè)備29-30
• 2.2 實驗方法30-31
• 2.2.1 水熱法的簡介30
• 2.2.2 二氧化鈦納米晶的制備方法30
• 2.2.3 二氧化鈦納米管的制備方法30-31
• 2.3 水熱溫度對于材料制備的影響31-33
• 2.3.1 水熱溫度對于二氧化鈦納米晶的影響31-32
• 2.3.2 水熱溫度對于二氧化鈦納米管的影響32-33
• 2.4 二氧化鈦納米晶、納米管的形貌及比表面積表征33-35
• 2.5 二氧化鈦納米晶、納米管的晶形表征35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-39
• 第三章 二氧化鈦雙層膜電極的制備和表征39-45
• 3.1 實驗試劑與儀器設(shè)備39
• 3.1.1 實驗試劑39
• 3.1.2 實驗儀器與設(shè)備39
• 3.2 二氧化鈦雙層膜電極的制備39-42
• 3.2.1 二氧化鈦納米晶漿料和二氧化鈦納米管漿料的制備40
• 3.2.2 涂膜技術(shù)的篩選40-41
• 3.2.3 煅燒方法的確定41-42
• 3.3 二氧化鈦雙層膜電極的形貌表征42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 二氧化鈦雙層膜電池的制備過程介紹45-51
• 4.1 FTO導(dǎo)電玻璃的處理方法45
• 4.2 光陽極的制備方法45
• 4.3 對電極的制備方法45-46
• 4.4 染料吸附量的測量方法46-48
• 4.5 測試電解液的組成48
• 4.6 染料敏化太陽能電池組裝48-49
• 4.7 本章小結(jié)49-51
• 第五章 二氧化鈦雙層膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化51-61
• 5.1 實驗試劑與儀器設(shè)備51-52
• 5.1.1 實驗試劑51
• 5.1.2 實驗儀器與設(shè)備51-52
• 5.2 實驗方法52
• 5.3 膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化52-54
• 5.3.1 PEG最優(yōu)添加量的確定52-53
• 5.3.2 四氯化鈦后處理對膜電極的影響53-54
• 5.4 膜厚對于電池性能的影響54-57
• 5.5 雙層膜上下層厚度最佳比例的確定57-59
• 5.6 雙層膜與多層膜電池比較59-60
• 5.7 本章小結(jié)60-61
• 第六章 雙層膜電池光電性能的對比表征61-71
• 6.1 實驗試劑與儀器設(shè)備61
• 6.1.1 實驗試劑61
• 6.1.2 實驗儀器與設(shè)備61
• 6.2 平行實驗方法介紹61-62
• 6.3 Ⅰ-Ⅴ測試方法62-64
• 6.4 EIS測試方法64-67
• 6.5 IPCE測試方法67-68
• 6.6 本章小結(jié)68-71
• 第七章 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81-83
• 作者和導(dǎo)師簡介83-84
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書84-85

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