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Au/TiO2复合薄膜的制备及太阳能电池光电性能的研究

2020-12-15阅读(436)

Au/TiO2复合薄膜的制备及太阳能电池光电性能的研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）由于它的价格低、质量轻、制作简单、弱光下可以工作等优点得到迅猛发展,成为可再生能源科学研究的一大热点。这种新型的光电化学太阳能电池作为多组分结构的体系,还存在很多的问题需要考虑。基于贵金属纳米粒子的表面等离子共振效应（SPR）与半导体表面电磁场的相互耦合谐振,增加对入射光的吸收和提高电子在太阳能电池中传输作用,进而提高DSSC的光电转换效率。本文通过溶胶水热法合成纳米TiO2溶胶并配合有机高分子分散剂（PVA）得到镀膜用溶胶,运用电流体动力学（EHD）制备了性能优异的具有多孔结构的纳米TiO2薄膜。通过晶体衍射分析（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）和紫外-可见光吸收光谱（UV-vis）等结果表明:水热法合成纳米TiO2颗粒分布比较均匀,使用EHD制备的纳米晶TiO2多孔薄膜中具有连续分布状态的多级结构特征,并表现出良好的光散射性质。使用柠檬酸钠还原氯金酸合成不同粒径的Au纳米粒子,并通过溶剂组装法将Au纳米粒子组装在具有多孔结构的TiO2薄膜上,利用透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）分别观察Au纳米粒子的粒径尺寸以及它们在多孔TiO2薄膜的分布状况,通过紫外可见光谱仪（UV-vis）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X-ray衍射分析表明Au纳米粒子已经组装到TiO2薄膜上,而且大部分分布在薄膜表面,在薄膜表面分散比较均匀。将Au纳米粒子修饰的TiO2薄膜电极、敏化染料、电解质和对电极组装成染料敏化太阳能电池,并通过伏安特性（I-V）曲线、单色光的光电转换效率（IPCE）曲线和电化学阻抗（Nyquist）曲线的分析,证明多孔TiO2薄膜的电磁场与Au纳米粒子的表面等离子共振（SPR）相互耦合能增强光吸收和有利于电荷传输,Au纳米粒子的添加有助于电池光电转换效率的提高,在模拟太阳光强度为100mW/cm2下,得到6.70%的光电转换效率。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 国内外的研究发展
  • 1.3 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理
  • 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构
  • 1.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
  • 1.4 染料敏化太阳能电池待解决的问题
  • 1.4.1 透明导电基板
  • 1.4.2 纳米晶半导体材料薄膜
  • 1.4.3 敏化染料
  • 1.4.4 电解质
  • 1.4.5 对电极
  • 1.5 本论文的研究内容
  • 2光阳极薄膜的制备'>第2章 Ti02光阳极薄膜的制备
  • 2.1 引言
  • 2.2 原料及实验仪器
  • 2.2.1 实验原料
  • 2.2.2 实验仪器
  • 2 溶胶与薄膜的制备'>2.3 Ti02溶胶与薄膜的制备
  • 2 溶胶'>2.3.1 水热法制备纳米Ti02溶胶
  • 2 光阳极薄膜制备的前期准备'>2.3.2 纳米Ti02光阳极薄膜制备的前期准备
  • 2 多孔结构薄膜'>2.3.3 EHD 技术制备Ti02多孔结构薄膜
  • 2.4 测试结果与讨论
  • 2.4.1 XRD 晶型测试分析
  • 2 粉体的TEM 分析'>2.4.2 纳米Ti02 粉体的TEM 分析
  • 2 粉体的SEM 分析'>2.4.3 纳米Ti02 粉体的SEM 分析
  • 2.4.4 孔隙分布分析
  • 2.4.5 薄膜的紫外-可见光吸收光谱
  • 2.5 本章小结
  • 2上的组装'>第3章 Au 纳米颗粒的制备及在Ti02上的组装
  • 3.1 引言
  • 3.2 Au 纳米粒子的性质及制备方法
  • 3.2.1 Au 纳米粒子的性质
  • 3.2.2 Au 纳米粒子的制备方法
  • 3.2.3 Au 纳米粒子修饰电极
  • 3.2.4 Au 纳米粒子在氧化钛薄膜上的自组装
  • 3.3 实验部分
  • 3.3.1 实验原料
  • 3.3.2 实验仪器
  • 3.3.3 柠檬酸钠法合成Au 纳米粒子
  • 3.3.4 溶剂自组装法组装Au 纳米粒子
  • 3.3.5 实验的测试方法
  • 3.4 测试结果与讨论
  • 3.4.1 Au 纳米粒子的TEM
  • 2 薄膜的紫外吸收光谱'>3.4.2 不同粒径Au 纳米粒子修饰Ti02薄膜的紫外吸收光谱
  • 2 薄膜的SEM'>3.4.3 Au 纳米粒子修饰的Ti02薄膜的SEM
  • 2 薄膜前后的XPS'>3.4.4 修饰的Ti02薄膜前后的XPS
  • 2 薄膜修饰前后的XRD 晶型测试分析'>3.4.5 Ti02 薄膜修饰前后的XRD 晶型测试分析
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 组装DSSC 电池
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验方法
  • SC和开路电压VOC'>4.2.1 短路电流ISC和开路电压VOC
  • 4.2.2 单色光的光电转换效率IPCE
  • 4.2.3 DSSC 的I-V 曲线
  • 4.3 实验部分
  • 4.3.1 实验原料
  • 4.3.2 实验仪器
  • 4.3.3 染料敏化太阳能电池DSSC 的制备
  • 4.3.4 DSSC 的电学特性的测试
  • 4.4 测试结果与讨论
  • 2 膜厚对短路电流和开路电压的影响'>4.4.1 多孔Ti02膜厚对短路电流和开路电压的影响
  • 4.4.2 DSSC 的I-V 曲线和电性能测定
  • 4.4.3 DSSC 的IPCE 分析
  • 4.4.4 DSSC 的电荷传输行为分析
  • 4.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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