染料敏化TiO2纳米晶多孔膜光电化学池的性质研究

论文摘要

染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池因为价格便宜、工艺简单、可制成大面积、形状多样化等优点而成为可再生能源研究领域的一个热点。本论文成功地构筑了染料敏化TiO2纳米晶光电化学池,利用表面光电压和光电流谱对其进行了光生电子传输的机理研究,利用瞬态光电压谱定量的研究了光生电子在TiO2层的传输时间和衰减寿命,为制备高效率的染料敏化纳米晶太阳能电池提供了实验和理论基础。主要内容包括:采用类丝网印刷（Screen-printing）方法制备了纳米晶TiO2多孔膜电极,以明星染料联吡啶钌络合物（N3）作敏化剂,成功地组装了染料敏化TiO2纳米晶光电化学池原型器件,并对其光电性能进行了测试。原型器件的短路光电流为9.08 mA/cm2,开路光电压为620 mV,填充因子为56 %,最大的输出功率为3.15 mW/cm2,光电转换效率为4.8 %。结合吸收光谱和表面光电压谱,讨论了光电化学池的光电流产生机理:N3的敏化作用使光电化学电池在300700 nm的紫外可见区均有光电流响应。这大大拓宽了TiO2纳米晶的光电流响应区间。使用磺酸基铝酞菁（Al（OH）PcSn）对TiO2纳米晶多孔膜电极进行敏化,研究了其在红光区的光电响应。光电响应波长扩展到750 nm;在685nm处单体的Q带产生较强的光电流和光电压;吸收光谱中观察到的二聚体峰没有光电流响应。结合吸收光谱和表面光电压谱,研究了Al（OH）PcSn的敏化机制。采用四羟基苯基卟啉（THPP）和四羧基苯基卟啉（TCPP）分别对TiO2纳米晶多孔膜电极进行敏化。TCPP与TiO2之间的作用强于THPP与TiO2的作用,因此,TCPP吸附量大于THPP。在不同光照方向下的光电流响

论文目录

• 第一章 前言
• 第一节 染料敏化纳米晶太阳能电池的发展历史和研究现状
• 第二节 半导体太阳能电池
• 1.2.1 半导体的基本概念
• 1.2.2 半导体的p-n 结和带弯
• 1.2.3 半导体的光致电荷分离
• 1.2.4 半导体太阳能电池的基本工作原理
• 第三节 染料敏化纳米晶太阳能电池
• 1.3.1 工作原理
• 1.3.2 基本概念
• 1.3.3 纳米晶半导体电极
• 1.3.4 敏化剂
• 1.3.5 电解质
• 1.3.6 对电极
• 第四节 本论文的立题思想及工作内容
• 参考文献
• 2纳米晶光电化学池'>第二章 联吡啶钌（N3）敏化的 TiO₂纳米晶光电化学池
• 2纳米粒子的醇相合成及表征'>第一节TiO₂纳米粒子的醇相合成及表征
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2溶胶的水解合成'>2.1.2 醇相TiO₂溶胶的水解合成
• 2溶胶的XRD 表征'>2.1.3 TiO₂溶胶的XRD 表征
• 2纳米晶膜电极的制备与表征'>第二节TiO₂纳米晶膜电极的制备与表征
• 2.2.1 导电玻璃的预处理
• 2纳米晶膜电极的制备和表征'>2.2.2 TiO₂纳米晶膜电极的制备和表征
• 第三节 光电化学池原型器件的组装和性能测试
• 2.3.1 化学试剂
• 2.3.2 光电化学电池原型器件的组装
• 2.3.3 光电性能测试系统
• 2.3.4 联吡啶钌（N3）的紫外-可见吸收光谱
• 2.3.5 光电化学池的光电流作用谱
• 2.3.6 光电化学电池的电流-电压曲线
• 本章小结
• 参考文献
• 2纳米晶光电化学池'>第三章 酞菁、卟啉敏化的TiO₂纳米晶光电化学池
• 2纳米晶电池的组装及特性'>第一节 酞菁敏化的TiO₂纳米晶电池的组装及特性
• 2溶胶的合成与TiO₂浆糊的制备'>3.1.1 TiO₂溶胶的合成与TiO₂浆糊的制备
• n敏化的TiO₂纳米晶电极的制备'>3.1.2 Al（OH）PcS_n敏化的TiO₂纳米晶电极的制备
• 3.1.3 对电极的制备和染料敏化太阳能电池的组装
• 3.1.4 性质表征
• n溶液和TiO₂/Al（OH）PcS_n膜电极的吸收光谱'>3.1.5 Al（OH）PcS_n溶液和TiO₂/Al（OH）PcS_n膜电极的吸收光谱
• 3.1.6 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2/Al（OH）PcS_n太阳能电池的表面光电压谱和光电流谱'>3.1.7 TiO₂/Al（OH）PcS_n太阳能电池的表面光电压谱和光电流谱
• 2/Al（OH）PcS_n纳米晶电池的光电流-光电压曲线'>3.1.8 TiO₂/Al（OH）PcS_n纳米晶电池的光电流-光电压曲线
• 2纳米晶电池的组装及特性'>第二节 不同取代基卟啉衍生物敏化的TiO₂纳米晶电池的组装及特性
• 3.2.1 光电化学池的组装
• 3.2.2 性质表征
• 2多孔膜电极的紫外可见吸收谱'>3.2.3 TCPP 和TCPP 敏化TiO₂多孔膜电极的紫外可见吸收谱
• 2膜、TCPP 和TiO₂/TCPP 膜电极的红外光谱'>3.2.4 TiO₂膜、TCPP 和TiO₂/TCPP 膜电极的红外光谱
• 3.2.5 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2/TCPP 光电化学池的光电流作用谱'>3.2.6 TiO₂/TCPP 光电化学池的光电流作用谱
• 2/THPP 光电化学池的光电流作用谱'>3.2.7 TiO₂/THPP 光电化学池的光电流作用谱
• 2/TCPP 和TiO₂/THPP 光电化学池的I-V 曲线'>3.2.8 TiO₂/TCPP 和TiO₂/THPP 光电化学池的I-V 曲线
• 本章小结
• 参考文献
• 2纳米晶光电化学池'>第四章 联吡啶钌（N3）、Nafion共敏化的TiO₂纳米晶光电化学池
• 2纳米晶电池'>第一节 Nafion 修饰的TiO₂纳米晶电池
• 4.1.1 试剂和仪器
• 2胶体的合成以及TiO₂浆糊的配制'>4.1.2 TiO₂胶体的合成以及TiO₂浆糊的配制
• 2光电极的制备'>4.1.3 Nafion 修饰的TiO₂光电极的制备
• 2膜电极的SEM'>4.1.4 TiO₂膜电极的SEM
• 4.1.5 电子光谱
• 第二节 Nafion 修饰的染料敏化太阳能电池的光电性能测试
• 4.2.1 药品和仪器表征
• 4.2.2 光电流作用谱
• 2电极后的能级变化'>4.2.3 Nafion 修饰TiO₂电极后的能级变化
• 4.2.4 电化学阻抗谱（EIS）
• 4.2.5 光电流-光电压（I-V）曲线
• 本章小结
• 参考文献
• 2纳米晶光电化学池'>第五章 一维纳米TiO₂纳米晶光电化学池
• 2纳米带和纳米棒TiO₂光电化学池的组装'>第一节 TiO₂纳米带和纳米棒TiO₂光电化学池的组装
• 5.1.1 药品与仪器
• 2纳米带和纳米棒的合成'>5.1.2 TiO₂纳米带和纳米棒的合成
• 2纳米带和纳米棒的结构表征'>5.1.3 TiO₂纳米带和纳米棒的结构表征
• 2胶体溶液的合成'>5.1.4 TiO₂胶体溶液的合成
• 2纳米带和纳米棒电极的制备及电池的组装'>5.1.5 TiO₂纳米带和纳米棒电极的制备及电池的组装
• 2纳米晶电池的光电性能'>第二节 一维TiO₂纳米晶电池的光电性能
• 5.2.1 瞬态光电压测试技术
• 5.2.2 表面态对光生电子的捕获
• 5.2.3 光生电子的注入速率
• 2纳米棒和纳米带电池的光电流-光电压曲线'>5.2.4 TiO₂纳米棒和纳米带电池的光电流-光电压曲线
• 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 中文摘要
• 英文摘要