染料敏化太陽能電池光陽極材料的研究

【摘要】： 隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對能源的需求越來越大,新一代能源的開發(fā)勢在必行,而染料敏化納米晶太陽能電池(DSSC)是開發(fā)利用太陽能的最有效途徑。在本研究中,首先根據(jù)文獻(xiàn)報道,組裝了DSSC器件,考察了DSSC光陽極材料、電解液組成、對電極的種類等因素對DSSC光電性能的影響,確定了DSSC各個組成部分的制做條件,優(yōu)化了DSSC的制作工藝。實(shí)驗結(jié)果表明,光陽極使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17 %的TiO_2溶膠制作的一層納米晶薄膜、電解液為0.05 mol/L I2、對電極組為500℃下焙燒、鉑負(fù)載量為0.17 mg/cm~2的FTO,幾個部分組合而成的DSSC,其光電轉(zhuǎn)換效率(η)為5.04 %,達(dá)到了目前文獻(xiàn)報道的結(jié)果。 在此基礎(chǔ)上,采用溶膠-水熱法,合成了高晶化度、大比表面、小粒徑的TiO_2納米晶,利用該材料制做了具有“微納米”復(fù)合結(jié)構(gòu)的TiO_2光陽極,并將它們組裝成DSSC器件,利用Uv-vis、Raman、XRD等分析技術(shù)對薄膜電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,采用電化學(xué)測試手段測試了DSSC器件的光電性能,探討了TiO_2粒子制備方法對結(jié)構(gòu)及能級的影響,并研究這種“微納米”復(fù)合結(jié)構(gòu)與DSSC光電性能的關(guān)系。實(shí)驗結(jié)果表明,使用溶膠A和溶膠B制備的AB-TiO_2薄膜電極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.45 %,要高于單獨(dú)使用一種溶膠制備的光陽極,“微納米”復(fù)合結(jié)構(gòu)的TiO_2層為染料在較厚薄膜電極上的吸附提供了更大的表面積,因此增加了電池的光捕獲效率。同時“微納米”復(fù)合結(jié)構(gòu)為電解質(zhì)中氧化還原電對的擴(kuò)散提供了更暢通的孔道,促進(jìn)了TiO_2薄膜與電解質(zhì)溶液界面間電荷轉(zhuǎn)移過程的發(fā)生,為I~-/I~-_3氧化還原電對的自由出入提供了有利的條件,加快了電解質(zhì)在溶液中的擴(kuò)散速度,改善了電子的傳輸。使用溶膠C制得的TiO_2復(fù)合薄膜電極經(jīng)過酸修飾改性后,由于表面帶正電,與染料分子之間相互作用力更強(qiáng),提高了激發(fā)態(tài)染料中電子向TiO_2導(dǎo)帶能級的注入效率,其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6.11 %,改善了電池的光電性能。 【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 染料敏化太陽能電池 微納米結(jié)構(gòu) 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-8
• 第1章 緒論8-30
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太陽能電池的分類9-10
• 1.3 染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)及研究進(jìn)展10-23
• 1.3.1 透明導(dǎo)電玻璃11-12
• 1.3.2 納米晶多孔半導(dǎo)體12-18
• 1.3.3 染料敏化劑18-20
• 1.3.4 電解液20-22
• 1.3.5 對電極22-23
• 1.4 染料敏化太陽能電池的機(jī)理研究23-28
• 1.4.1 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)23-24
• 1.4.2 半導(dǎo)體的能級24-25
• 1.4.3 電池的工作原理25-27
• 1.4.4 光電轉(zhuǎn)換效率27
• 1.4.5 電池的工作參數(shù)27-28
• 1.5 課題的提出和研究內(nèi)容28-29
• 1.6 課題來源29-30
• 第2章 實(shí)驗材料、條件及實(shí)驗方法30-40
• 2.1 實(shí)驗試劑和儀器30-32
• 2.1.1 實(shí)驗試劑30-31
• 2.1.2 實(shí)驗儀器及設(shè)備31-32
• 2.2 染料敏化太陽能電池光電性能測試32-33
• 2.2.1 I-V 曲線測試32
• 2.2.2 光電流工作譜測試32-33
• 2.3 材料表征33-34
• 2.3.1 晶相結(jié)構(gòu)的測定33
• 2.3.2 光學(xué)性能測試33
• 2.3.3 材料形貌及膜厚的測試33
• 2.3.4 交流阻抗測試33-34
• 2.4 實(shí)驗方法34-36
• 2.4.1 薄膜基片的清洗34
• 2.4.2 TiO_2 溶膠的制備34-35
• 2.4.3 染料敏化TiO_2 薄膜電池的組裝35-36
• 2.5 I-V 曲線方法的測試原理36-37
• 2.5.1 I-V 曲線測試系統(tǒng)地搭建36
• 2.5.2 I-V 曲線測試的基本原理36-37
• 2.6 交流阻抗測試原理37-40
• 2.6.1 交流阻抗法簡介37-38
• 2.6.2 交流阻抗基本原理38-39
• 2.6.3 Mott-Schottky 曲線測試結(jié)果分析39-40
• 第3章 染料敏化TiO_2薄膜電池的組裝與優(yōu)化40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 實(shí)驗方法41-43
• 3.2.1 染料敏化太陽能電池陽極的制備41-42
• 3.2.2 染料敏化太陽能電池對電極的制備42-43
• 3.3 實(shí)驗結(jié)果與討論43-52
• 3.3.1 染料N719 紫外-可見光譜分析43
• 3.3.2 TiO_2 薄膜電極的形貌結(jié)構(gòu)表征43-45
• 3.3.3 納米TiO_2 薄膜電池光電性能測試45-47
• 3.3.4 不同對電極的染料敏化太陽能電池光電性能測試47-49
• 3.3.5 12 濃度對染料敏化太陽能電池光電性能的影響49-50
• 3.3.6 優(yōu)化組合后染料敏化太陽能電池的光電性能50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 微納米TiO_2復(fù)合粒子薄膜電極的光電性能研究53-74
• 4.1 引言53-54
• 4.2 實(shí)驗方法54-56
• 4.2.1 不同TiO_2 溶膠的制備54-55
• 4.2.2 不同TiO_2 薄膜電極的制備55-56
• 4.2.3 電池的封裝56
• 4.2.4 TiO_2 薄膜電極上染料N719 吸附量的測定56
• 4.3 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極的光電性能研究56-67
• 4.3.1 TiO_2 薄膜電極的結(jié)構(gòu)表征56-60
• 4.3.2 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極的光電性能研究60
• 4.3.3 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極的照片60-62
• 4.3.4 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極染料吸附量的分析62
• 4.3.5 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極的光電流工作譜62-63
• 4.3.6 TiO_2 薄膜電極的Mott-Schottky 曲線分析63-65
• 4.3.7 微納米TiO_2 復(fù)合粒子薄膜電極交流阻抗分析65-67
• 4.4 硝酸改性微納米TiO_2 薄膜電極的光電性能研究67-72
• 4.4.1 TiO_2 薄膜電極的結(jié)構(gòu)表征67-68
• 4.4.2 TiO_2 薄膜電極的光電性能研究68-69
• 4.4.3 TiO_2 薄膜電極染料吸附量的分析69-70
• 4.4.4 TiO_2 薄膜電極的光電流工作譜70-71
• 4.4.5 TiO_2 薄膜電極交流阻抗分析71-72
• 4.5 本章小節(jié)72-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-83
• 致謝83-84

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