天然染料敏化太陽能電池的研究

【摘要】： 通過改性的溶膠-凝膠法和水熱法合成了二種不同尺寸的二氧化鈦粒子,將這兩種二氧化鈦粒子與商用的P25二氧化鈦混合,制備了一種具有亞微米尺寸二氧化鈦粒子,稱為三元包裹型球狀二氧化鈦(Ternary-encapsulated spherical TiO2, TES-TiO2)。將制備的TES-TiO2通過陰極電泳沉積技術沉積在納米晶介孔二氧化鈦(Mesoporous TiO2, Meso-TiO2)涂敷的摻氟的氧化錫導電玻璃(Fluorine-doped SnO2 glass, FTO)上制備了用于染料敏化太陽能電池的雙層二氧化鈦電極。與雙層Meso-TiO2/P25電極相比,基于Meso-TiO2/TES-TiO2電極的染料敏化太陽能電池的能量轉換效率為6.49%,比Meso-TiO2/P25電極的5.94%提高了9.3%。制備的雙層Meso-TiO2/TES-TiO2電極在高溫煅燒時,同時引入高壓電場(High-voltage electric field, HVEF)進行輔助晶化。結果,染料敏化太陽能電池的效率從6.49%變到7.05%進一步提高了8.6%。明顯地,與通常應用于染料敏化太陽能電池活性層的20納米左右的二氧化鈦粒子相比,制備的具有亞微米尺寸、疏松多孔的TES-Ti02不僅增加了光散射效應,同時促進了分子染料的吸附和電解質的擴散。再者,HVEF的引入提供了更好的二氧化鈦粒子之間的連接,使得電子在二氧化鈦中更容易轉輸,避免了電荷的復合。 本論文中第一次報道了使用美人蕉、串紅和龍葵提取液作為染料敏化太陽能電池光敏劑的研究。通過使用美人蕉、串紅、都柿和龍葵作為敏化劑組裝成的染料敏化太陽能電池能量轉換效率分別為0.29%,0.26%,0.13%和0.31%。我們用傅立葉轉變紅外光譜和紫外-可見吸收光譜分別研究了這四種天然染料的分子結構和光學吸收,用電化學阻抗光譜分析了電池內部界面的阻抗。結果表明在以都柿為光敏劑的染料敏化太陽能電池中,界面處存在較高的阻抗。 【關鍵詞】：天然染料 染料敏化太陽能電池 二氧化鈦 電泳 高壓電場
【學位授予單位】：黑龍江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 緒論8-26
• 1.1 引言8-9
• 1.2 染料敏化太陽能電池概述9-15
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的結構及工作原理9-12
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池性能的影響因素12-15
• 1.3 應用于染料敏化太陽能電池的半導體二氧化鈦簡介15-17
• 1.4 天然染料在染料敏化太陽能電池中的應用17-24
• 1.4.1 葉綠素及其衍生物18-19
• 1.4.2 黃酮類化合物19-21
• 1.4.3 單寧酸及其衍生物21
• 1.4.4 類胡蘿卜素化合物21-22
• 1.4.5 萘醌類、蒽醌類、姜黃素類22-23
• 1.4.6 靛藍類23-24
• 1.5 課題的提出及意義24-25
• 1.6 研究課題來源25
• 1.7 本課題研究的主要內容25-26
• 第2章 實驗試劑、儀器及表征方法26-32
• 2.1 實驗試劑及儀器26-27
• 2.1.1 實驗試劑26-27
• 2.1.2 實驗儀器27
• 2.2 表征方法27-32
• 2.2.1 傅立葉紅外光譜27-28
• 2.2.2 紫外-可見吸收及漫反射光譜28
• 2.2.3 X-射線衍射28-29
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡29-30
• 2.2.5 原子力顯微鏡30
• 2.2.6 Zeta電位分析30
• 2.2.7 光電性能測試30-31
• 2.2.8 交流阻抗測試31-32
• 第3章 天然染料的提取及表征32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 實驗部分32-33
• 3.2.1 天然染料的提取過程32-33
• 3.2.2 天然染料的結構及光學性質的表征方法33
• 3.3 結果及討論33-38
• 3.3.1 傅里葉變換紅外分析33-35
• 3.3.2 紫外-可見光譜分析35-38
• 3.4 本章小結38-39
• 第4章 二氧化鈦工作電極的制備及表征39-61
• 4.1 引言39-40
• 4.2 實驗部分40-45
• 4.2.1 介孔二氧化鈦溶膠的制備40
• 4.2.2 用于陰極電泳沉積的三元包裹型二氧化鈦槳料及P25槳料的制備40-42
• 4.2.3 使用陰極電泳沉積技術制備雙層二氧化鈦電極42-43
• 4.2.4 二氧化鈦電極的高壓電場輔助晶化43-44
• 4.2.5 N719染料敏化太陽能電池的組裝44
• 4.2.6 二氧化鈦形貌及光電性能的表征方法44-45
• 4.3 結果及討論45-60
• 4.3.1 三元包裹型二氧化鈦和P25二氧化鈦帶電機理分析45-46
• 4.3.2 掃描電子顯微鏡及原子力顯微鏡分析46-49
• 4.3.3 X射線衍射分析49-51
• 4.3.4 光電流-光電壓曲線51-54
• 4.3.5 吸附有N719染料的雙層二氧化鈦電極的紫外-可見光譜分析54-55
• 4.3.6 吸附有N719染料的雙層二氧化鈦電極脫附染料溶液的紫外-可見光譜分析55-56
• 4.3.7 吸附有N719染料的雙層二氧化鈦電極擴散反射光譜分析56-58
• 4.3.8 基于雙層二氧化鈦的染料敏化太陽能電池的交流組抗分析58-60
• 4.4 本章小結60-61
• 第5章 天然染料敏化太陽能電池制作及表征61-68
• 5.1 引言61
• 5.2 實驗部分61-62
• 5.2.1 天然染料敏化二氧化鈦電極的制作及電池的組裝61
• 5.2.2 天然染料敏化二氧化鈦電極光電性能的表征方法61-62
• 5.3 結果及討論62-67
• 5.3.1 天然染料敏化太陽能電池的光電流-光電壓曲線62-64
• 5.3.2 天然染料敏化太陽能電池的光電流活性光譜分析64-65
• 5.3.3 天然染料敏化太陽能電池的交流阻抗光譜分析65-67
• 5.4 本章小結67-68
• 結論68-69
• 參考文獻69-79
• 致謝79-80
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文80-82

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