染料敏化太阳能电池新型光阳极及固体电解质的研究

论文摘要

本文采用柠檬酸法制备的CuAl2O4纳米粉体，然后以不同比例加入TiO2纳米粉体中，球磨分散得到印刷浆料，用丝网印刷的方式在ITO导电玻璃上制备CuAl2O4/TiO2复合薄膜电极，以期通过利用CuAl2O4纳米晶对可见光敏感、化学性质稳定的特性，获得具有良好光电性能的染料敏化太阳能电池光电极。然后通过液相沉淀法制备β-CuSCN纳米粉体，电沉积法在铂对电极上制备CuSCN薄膜，最后采用压制的办法将CuSCN纳米粉体置于TiO2薄膜电极和CuSCN薄膜之间，CuAl2O4/TiO2复合薄膜电极为光阳极，铂电极为对电极，得到固态染料敏化太阳能电池。文中考察了各种工艺参数对CuAl2O4/TiO2复合薄膜电极性能的影响，对复合薄膜电极的机理进行了初步的探讨。对CuSCN固体电解质染料敏化太阳能电池的伏安特性进行了分析，确定了最佳的制备条件。采用XRD分析了CuAl2O4纳米粉体的晶型。采用SEM、UV-vis、太阳能电池测试仪等手段分析了CuAl2O4/TiO2复合薄膜的表面形貌、吸光性能、光电性能。采用XRD分析了CuSCN的晶型，采用SEM分析了CuSCN薄膜的表面形貌，采用太阳能电池测试仪分析了不同制备条件下CuSCN固体电解质染料敏化太阳能电池的光电性能。研究表明：以3℃/min速率升温至300℃，保温60min，然后以7℃/min速率升温至900℃，保温120min，自然冷却，得到尖晶石CuAl2O4纳米粉体。掺杂CuAl2O4纳米粉体能够拓展TiO2薄膜电极的光响应范围至可见光区，掺杂量为1％时，复合薄膜电极具有较好的光电性能，与纯TiO2薄膜电极相比，Voc提高了6.97％，Jsc提高了21.98％，η提高了40％。恒电位-30mV下沉积30min制备的CuSCN薄膜组装的固态染料敏化太阳能电池，具有较好的光电性能。其短路电流达到0.30mA，开路电压为0.41V，光电转换效率为0.36%，虽然目前效率不高，但是该方法制备过程中不存在传统的电化学沉积诸如染料降解等不良的反应，而且制造成本较低，因此具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 染料敏化太阳能电池的结构及其原理
• 2.1.1 液体电解质染料敏化太阳能电池的结构及原理
• 2.1.2 固体电解质染料敏化太阳能电池的结构及原理
• 2.1.3 染料敏化太阳能电池的动力学过程
• 2.2 电解质固态化研究进展
• 2.2.1 准固态电解质
• 2.2.1.1 有机溶剂基准固态电解质
• 2.2.1.2 离子液体基准固态电解质
• 2.2.2 固态电解质
• 2.2.2.1 无机 p-型半导体材料
• 2.2.2.2 有机空穴传输材料
• 2.2.2.3 导电高聚物
• 2.3 二氧化钛光阳极修饰改性研究进展
• 2.3.1 复合
• 2.3.2 掺杂
• 2.3.3 表面处理
• 2.4 染料敏化太阳能电池的测定及性能参数
• 2.4.1 染料敏化太阳能电池的测定
• 2.4.2 染料敏化太阳能电池的性能参数
• 2.4.2.1 单色光光电转换效率
• 2.4.2.2 短路电流
• 2.4.2.3 开路电压
• 2.4.2.4 填充因子
• 2.4.2.5 总的光电转换效率
• 2.5 存在问题及发展趋势
• 2.6 选题的目的和意义
• 2O₄纳米晶制备 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极'>2.6.1 引入尖晶石 CuAl₂O₄纳米晶制备 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极
• 2.6.2 采用新方法制备 CuSCN 固体电解质
• 第三章 实验
• 3.1 实验药品及设备
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验设备
• 3.2 样品的制备
• 2O₄纳米粉体的制备'>3.2.1 CuAl₂O₄纳米粉体的制备
• 3.2.2 复合薄膜电极的制备
• 3.2.2.1 导电玻璃基片的清洗
• 2薄膜的制备'>3.2.2.2 致密 TiO₂薄膜的制备
• 2O₄/TiO₂复合薄膜的制备'>3.2.2.3 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜的制备
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极的制备'>3.2.2.4 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极的制备
• 3.2.3 电解质的制备
• 3.2.3.1 CuSCN 固体电解质的制备
• 2液体电解质的制备'>3.2.3.2 LiI/I₂液体电解质的制备
• 3.2.4 铂对电极的制备
• 3.2.5 染料敏化太阳能电池的组装
• 3.3 分析测试方法
• 3.3.1 X 射线衍射分析
• 3.3.2 粒度测试
• 3.3.3 表面形貌测定
• 3.3.4 吸光度分析
• 3.3.5 厚度测定
• 3.3.6 方块电阻测定
• 3.3.7 光电性能测试
• 第四章 结果与讨论
• 2O₄纳米粉体分析'>4.1 CuAl₂O₄纳米粉体分析
• 4.1.1 X 射线衍射
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极分析'>4.2 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极分析
• 4.2.1 X 射线衍射
• 4.2.2 表面形貌
• 4.2.3 漫反射吸收光谱
• 4.2.4 伏-安特性曲线
• 4.2.4.1 热处理温度对 ITO 导电玻璃基底方块电阻的影响
• 2O₄掺杂量对 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响'>4.2.4.2 CuAl₂O₄掺杂量对 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响'>4.2.4.3 烧结温度对 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响'>4.2.4.4 添加剂对 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响'>4.2.4.5 制备工艺对 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极伏-安性能的影响
• 2O₄/TiO₂复合薄膜电极的光电流作用谱'>4.2.5 CuAl₂O₄/TiO₂复合薄膜电极的光电流作用谱
• 4.3 CuSCN 固体电解质分析
• 4.3.1 X 射线衍射
• 4.3.2 粒度分析
• 4.3.3 表面形貌
• 4.3.4 伏-安特性曲线
• 4.3.4.1 沉积时间对固态染料敏化太阳能电池伏-安性能的影响
• 4.3.4.2 沉积电压对固态染料敏化太阳能电池伏-安性能的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 作者攻读硕士期间发表的论文及成果