基于天然染料的光敏化太陽能電池的研究

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell, DSC)是一種近幾年出現(xiàn)的新型的光電化學(xué)太陽能電池。自從1991年出現(xiàn)以來,就憑借制作工藝簡單、成本低、光電性能穩(wěn)定和對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)而引起了眾多研究者的廣泛興趣。DSC具有很好的應(yīng)用前景,它在太陽能電池研究上具有重要意義。但它與目前在太陽能電池市場得到人們認(rèn)可的硅太陽能電池相比,DSC的光電轉(zhuǎn)換效率比較低。因此提高DSC的光電轉(zhuǎn)換效率是目前太陽能電池研究的一個(gè)重要方面。本文通過對光敏化劑的選用和對電極部分的優(yōu)化來提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 (1)本文分別從植物的葉子、花、中藥和飲料類中提取了二十種天然色素,以此做為TiO2膜的光敏化劑,組裝成了DSC,測試其光電性能。并對這些色素進(jìn)行了UV-Vis光譜的測試。得到天然染料敏化太陽能的開路電壓(Voc)變化范圍從0.337 V到0.689 V,短路電流密度(Jsc)變化為0.14-2.69 mA cm-2,尤其是山竹果皮提取色素敏化DSC得到0.686 v的開路電壓,可以與N719相媲美。沒有經(jīng)過純化的山竹色素敏化DSC得到的光電轉(zhuǎn)換效率為1.17%。我們進(jìn)一步對山竹色素進(jìn)行了提純,并對其進(jìn)行了各項(xiàng)相應(yīng)的測試。發(fā)現(xiàn)山竹色素敏化DSC主要成分是蘆丁(rutin) (2)對電極作為DSC的一個(gè)重要組成部分,對DSC的光電轉(zhuǎn)換效率也有重要的影響。目前有關(guān)DSC對電極的研究主要集中在鉑對電極和碳材料對電極。Pt由于其優(yōu)良的催化效果和穩(wěn)定性為人們最常用,含有鉑層的對電極已經(jīng)比較成熟,能讓DSC獲得較好的光電效率。實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常用到的是用濺射法制備的Pt電極,由于受儀器的影響,濺射Pt對電極很難大面積生產(chǎn),不利于DSC的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此要尋求一種最優(yōu)的制作工藝,可以用較少的Pt負(fù)載量來達(dá)到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。本文用幾種不同工藝制備了DSC的Pt對電極,通過研究發(fā)現(xiàn)這幾種方法制備的對電極其性能與濺射方法制備的Pt對電極相差不大。雖然使用Pt對電極能得到較高光電效率,但是Pt是一種貴金屬,價(jià)格太高,它的使用會(huì)加大DSC的生產(chǎn)成本,而碳材料由于具有較好的電子傳導(dǎo)率、性能穩(wěn)定、高催化活性、低成本等優(yōu)點(diǎn),因此引起人們的廣泛興趣。本文用了三種不同的方法初步制備了碳電極,并對其進(jìn)行了各種性能測試,找到一種較好制備碳對電極的方法,降低了DSC的生產(chǎn)成本。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 天然染料 對電極
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(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4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-29
• 1.1 太陽能電池的研究進(jìn)展10-11
• 1.2 染料敏化太陽能電池11-25
• 1.2.1 DSC的結(jié)構(gòu)及其原理12-14
• 1.2.2 納晶TiO_2膜的研究進(jìn)展14-16
• 1.2.3 光敏化劑的研究進(jìn)展16-22
• 1.2.4 對電極的研究進(jìn)展22-25
• 1.3 天然染料敏化DSC存在的問題25-26
• 1.4 DSC的性能參數(shù)26-28
• 1.5 本論文的研究目的28-29
• 2 天然染料敏化太陽能電池的研究29-50
• 2.1 主要儀器與藥品29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-32
• 2.2.1 制備天然染料30
• 2.2.2 制備天然染料敏化太陽能電池30-31
• 2.2.3 天然染料敏化太陽能電池的光電性能的測試31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-49
• 2.3.1 天然染料的吸收光譜和分子結(jié)構(gòu)32-40
• 2.3.2 天然染料敏化太陽能電池的光電性能40-43
• 2.3.3 山竹果皮色素的純化和性質(zhì)43-49
• 2.4 本章小結(jié)49-50
• 3 對電極對DSC性能的影響50-83
• 3.1 主要儀器與藥品50-51
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分51-56
• 3.2.1 Pt對電極的制備51-54
• 3.2.2 C對電極的制備54-56
• 3.3 結(jié)果與討論56-82
• 3.3.1 Pt對電極的性能56-74
• 3.3.2 C對電極的性能74-82
• 3.4 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論83-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況92-93
• 致謝93-95

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