TiO2纳米管的制备和表征及其在染料敏化太阳能电池的应用研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）因为制作简单、成本低廉和潜在的高光电转换效率成为太阳能电池一个重要研究方向,具有广泛的应用前景。TiO2薄膜电极的性质是决定DSSC光电转换效率最重要的因素,而薄膜的性质又与构成薄膜的TiO2的结构、晶型以及微观尺寸等因素有关。本论文通过制备具有规则结构的TiO2纳米管阵列,代替了传统不规则的TiO2多孔膜,增大了TiO2薄膜的染料吸附面积,并且允许光生载流子沿纳米管长度方向上快速传导,同时减少了纳米颗粒边界处的电荷损失,降低了电子的复合几率,使光子的捕获效率增强,从而提高DSSC的光电转换效率。本论文采用阳极氧化法制备TiO2纳米管薄膜电极,研究有机电解液组成、电解液粘度、氧化电压、氧化时间以及退火温度等因素对纳米管的微观结构、晶型和性能的影响,并探讨了基于不同基底的TiO2生长的阳极氧化反应。进一步分别配制染料溶液和电解质,热塑封装太阳能电池,研究其光电转换性能。组装的DSSC光电转换效率为1.21%,开路电压为0.781V,短路电流为3.67mA,填充因子为0.422。在此基础上,结合本论文的研究工作,提出了对TiO2纳米管染料敏化太阳能电池的改进建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
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• 表格目录
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能电池的分类
• 1.2 太阳能电池的表征
• 1.3 染料敏化太阳能电池的发展
• 1.4 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理
• 1.4.1 染料敏化太阳能电池的工作原理
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的基本结构
• 2 纳米管染料敏化太阳能电池'>1.5 TiO₂纳米管染料敏化太阳能电池
• 1.6 选题目的与意义
• 第二章 二氧化钛纳米管薄膜的制备及机理研究
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 钛箔的阳极氧化
• 2.2.1 阳极氧化原理
• 2.2.2 实验部分
• 2 纳米管薄膜的制备'>2.3 TiO₂纳米管薄膜的制备
• 2 纳米管薄膜的影响'>2.3.1 电解液组成对制备TiO₂纳米管薄膜的影响
• 2 纳米管薄膜的影响'>2.3.2 电压对制备TiO₂纳米管薄膜的影响
• 2 纳米管薄膜的影响'>2.3.3 退火温度对制备TiO₂纳米管薄膜的影响
• 2.4 机理研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于二氧化钛纳米管染料敏化太阳能电池的制备与性能测试
• 3.1 实验原料及设备
• 3.2 染料敏化太阳能电池的制备
• 2 纳米管薄膜电极的制备'>3.2.1 TiO₂纳米管薄膜电极的制备
• 3.2.2 染料的配制
• 3.2.3 电解质的配制
• 3.2.4 电池的封装
• 3.3 电池性能测试与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文