染料敏化太陽(yáng)能電池阻抗分析

【摘要】： 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益加劇,新能源的開(kāi)發(fā)和利用顯得十分緊迫。太陽(yáng)能作為一種清潔而又取之不盡的能源,正在受到人們的重視。近年來(lái),染料敏化太陽(yáng)能電池由于其廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的制作工藝以及潛在的高光電轉(zhuǎn)化效率,成為當(dāng)前納米技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換材料研究的熱點(diǎn)之一,是最有希望取代傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的新型太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置。隨著人們對(duì)其研究的不斷深入,染料敏化太陽(yáng)能電池的性能有了很大的提高,但其光電轉(zhuǎn)換效率距理論值還有比較大的差距,關(guān)于電池的工作機(jī)理仍有許多模糊不清的地方,需要進(jìn)一步的深入研究。 電化學(xué)阻抗譜是常用的一種電化學(xué)測(cè)試技術(shù),該方法具有頻率范圍廣、對(duì)體系擾動(dòng)小的特點(diǎn),已被證實(shí)是一種非常有效的研究染料敏化太陽(yáng)能電池中電子傳輸及復(fù)合過(guò)程動(dòng)力學(xué)的方法。本文應(yīng)用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)對(duì)電池內(nèi)部電子傳輸過(guò)程的阻抗特性進(jìn)行了研究,建立了一個(gè)能夠完整描述電池結(jié)構(gòu)的等效電路,同時(shí)結(jié)合阻抗的理論模型,對(duì)不同條件下電池的阻抗譜圖進(jìn)行了分析,并采用模擬退火算法對(duì)阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,從而確定了反映電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的重要參數(shù)。 對(duì)于采用P25制備的染料敏化太陽(yáng)能電池的阻抗譜圖,分析結(jié)果表明電池的內(nèi)部阻抗主要來(lái)自至少三個(gè)方面:高頻區(qū)域,鉑和電解質(zhì)界面的阻抗;中頻區(qū)域,電子在二氧化鈦薄膜中的傳輸和復(fù)合阻抗;低頻區(qū)域,電解質(zhì)內(nèi)部的擴(kuò)散阻抗。其中電子在二氧化鈦薄膜中的傳輸和復(fù)合阻抗是影響電池內(nèi)部阻抗的主要方面,電解質(zhì)的擴(kuò)散對(duì)電池內(nèi)部阻抗的影響較小。同時(shí),增加鉑對(duì)極厚度、二氧化鈦薄膜厚度和入射光強(qiáng)度,以及減小電解液層厚度,能夠減小電池的阻抗。此外,較高的二氧化鈦中電子有效擴(kuò)散系數(shù)和電子有效壽命以及電解質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)是制備高效染料敏化太陽(yáng)能電池的重要因素。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 電化學(xué)阻抗譜 阻抗分析 數(shù)學(xué)物理模型
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-22
• 1.1 太陽(yáng)能概述8-10
• 1.1.1 太陽(yáng)能的利用8-9
• 1.1.2 太陽(yáng)能電池9-10
• 1.1.2.1 太陽(yáng)能電池原理9
• 1.1.2.2 太陽(yáng)能電池分類9-10
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池10-14
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理10-12
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展12-13
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的現(xiàn)存問(wèn)題和研究方向13-14
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池阻抗分析14-15
• 1.3.1 阻抗分析在染料敏化太陽(yáng)能電池中應(yīng)用14
• 1.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池阻抗分析的研究進(jìn)展14-15
• 1.4 電化學(xué)阻抗譜原理15-21
• 1.4.1 電化學(xué)阻抗譜簡(jiǎn)述15-16
• 1.4.2 阻抗的譜圖表述16-17
• 1.4.3 電化學(xué)阻抗譜的特點(diǎn)17
• 1.4.4 電化學(xué)阻抗譜的測(cè)量的前提條件17-18
• 1.4.5 電化學(xué)阻抗譜的數(shù)據(jù)處理與解析18-21
• 1.4.5.1 等效電路18
• 1.4.5.2 數(shù)據(jù)處理的目的18-19
• 1.4.5.3 數(shù)據(jù)處理的途徑19-20
• 1.4.5.4 數(shù)據(jù)處理的方法20-21
• 1.4.6 電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用21
• 1.5 本論文的研究目的和內(nèi)容21-22
• 第二章 阻抗分析模型和計(jì)算方法22-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分22-23
• 2.1.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的制作22-23
• 2.1.2 電化學(xué)性能測(cè)試23
• 2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池等效電路模型23-24
• 2.3 電池電路模型的阻抗表達(dá)式24-31
• 2.3.1 能斯特?cái)U(kuò)散阻抗24-27
• 2.3.2 二氧化鈦薄膜中電子擴(kuò)散和復(fù)合的阻抗27-31
• 2.4 計(jì)算機(jī)模擬程序簡(jiǎn)介31-37
• 2.4.1 阻抗數(shù)據(jù)的非線性最小二乘法擬合31-32
• 2.4.2 模擬退火算法32-37
• 2.4.2.1 模擬退火算法的基本原理32-33
• 2.4.2.2 模擬退火算法的基本思想和步驟33-35
• 2.4.2.3 模擬退火算法的關(guān)鍵參數(shù)和操作的設(shè)計(jì)35-37
• 第三章 模擬結(jié)果和數(shù)據(jù)分析37-50
• 3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的輸出特性37-38
• 3.2 Pt電極厚度的影響38-39
• 3.3 電解液層厚度的影響39-40
• 3.4 二氧化鈦薄膜厚度的影響40-42
• 3.5 入射光強(qiáng)度的影響42-44
• 3.6 典型的阻抗譜圖44-45
• 3.7 二氧化鈦導(dǎo)帶中電子的有效擴(kuò)散系數(shù)的影響45-47
• 3.8 二氧化鈦薄膜中電子有效壽命的影響47-48
• 3.9 電解質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的影響48-50
• 第四章 結(jié)論50-51
• 符號(hào)說(shuō)明51-54
• 參考文獻(xiàn)54-59
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明59-60
• 致謝60

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