染料敏化太阳能电池光阳极材料的研究

论文摘要

随着全球经济的发展,人们对能源的需求越来越大,新一代能源的开发势在必行,而染料敏化纳米晶太阳能电池（DSSC）是开发利用太阳能的最有效途径。在本研究中,首先根据文献报道,组装了DSSC器件,考察了DSSC光阳极材料、电解液组成、对电极的种类等因素对DSSC光电性能的影响,确定了DSSC各个组成部分的制做条件,优化了DSSC的制作工艺。实验结果表明,光阳极使用质量分数为17 %的TiO2溶胶制作的一层纳米晶薄膜、电解液为0.05 mol/L I2、对电极组为500℃下焙烧、铂负载量为0.17 mg/cm2的FTO,几个部分组合而成的DSSC,其光电转换效率（η）为5.04 %,达到了目前文献报道的结果。在此基础上,采用溶胶-水热法,合成了高晶化度、大比表面、小粒径的TiO2纳米晶,利用该材料制做了具有“微纳米”复合结构的TiO2光阳极,并将它们组装成DSSC器件,利用Uv-vis、Raman、XRD等分析技术对薄膜电极结构进行了表征,采用电化学测试手段测试了DSSC器件的光电性能,探讨了TiO2粒子制备方法对结构及能级的影响,并研究这种“微纳米”复合结构与DSSC光电性能的关系。实验结果表明,使用溶胶A和溶胶B制备的AB-TiO2薄膜电极的光电转换效率为5.45 %,要高于单独使用一种溶胶制备的光阳极,“微纳米”复合结构的TiO2层为染料在较厚薄膜电极上的吸附提供了更大的表面积,因此增加了电池的光捕获效率。同时“微纳米”复合结构为电解质中氧化还原电对的扩散提供了更畅通的孔道,促进了TiO2薄膜与电解质溶液界面间电荷转移过程的发生,为I-/I-3氧化还原电对的自由出入提供了有利的条件,加快了电解质在溶液中的扩散速度,改善了电子的传输。使用溶胶C制得的TiO2复合薄膜电极经过酸修饰改性后,由于表面带正电,与染料分子之间相互作用力更强,提高了激发态染料中电子向TiO2导带能级的注入效率,其光电转换效率达到6.11 %,改善了电池的光电性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池的分类
• 1.3 染料敏化太阳能电池结构及研究进展
• 1.3.1 透明导电玻璃
• 1.3.2 纳米晶多孔半导体
• 1.3.3 染料敏化剂
• 1.3.4 电解液
• 1.3.5 对电极
• 1.4 染料敏化太阳能电池的机理研究
• 1.4.1 半导体的能带结构
• 1.4.2 半导体的能级
• 1.4.3 电池的工作原理
• 1.4.4 光电转换效率
• 1.4.5 电池的工作参数
• 1.5 课题的提出和研究内容
• 1.6 课题来源
• 第2章 实验材料、条件及实验方法
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.2 染料敏化太阳能电池光电性能测试
• 2.2.1 I-V 曲线测试
• 2.2.2 光电流工作谱测试
• 2.3 材料表征
• 2.3.1 晶相结构的测定
• 2.3.2 光学性能测试
• 2.3.3 材料形貌及膜厚的测试
• 2.3.4 交流阻抗测试
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 薄膜基片的清洗
• 2 溶胶的制备'>2.4.2 TiO₂溶胶的制备
• 2 薄膜电池的组装'>2.4.3 染料敏化TiO₂薄膜电池的组装
• 2.5 I-V 曲线方法的测试原理
• 2.5.1 I-V 曲线测试系统地搭建
• 2.5.2 I-V 曲线测试的基本原理
• 2.6 交流阻抗测试原理
• 2.6.1 交流阻抗法简介
• 2.6.2 交流阻抗基本原理
• 2.6.3 Mott-Schottky 曲线测试结果分析
• 2薄膜电池的组装与优化'>第3章 染料敏化TiO₂薄膜电池的组装与优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 染料敏化太阳能电池阳极的制备
• 3.2.2 染料敏化太阳能电池对电极的制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 染料N719 紫外-可见光谱分析
• 2 薄膜电极的形貌结构表征'>3.3.2 TiO₂薄膜电极的形貌结构表征
• 2 薄膜电池光电性能测试'>3.3.3 纳米TiO₂薄膜电池光电性能测试
• 3.3.4 不同对电极的染料敏化太阳能电池光电性能测试
• 3.3.5 12 浓度对染料敏化太阳能电池光电性能的影响
• 3.3.6 优化组合后染料敏化太阳能电池的光电性能
• 3.4 本章小结
• 2复合粒子薄膜电极的光电性能研究'>第4章 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极的光电性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 2 溶胶的制备'>4.2.1 不同TiO₂溶胶的制备
• 2 薄膜电极的制备'>4.2.2 不同TiO₂薄膜电极的制备
• 4.2.3 电池的封装
• 2 薄膜电极上染料N719 吸附量的测定'>4.2.4 TiO₂ 薄膜电极上染料N719 吸附量的测定
• 2 复合粒子薄膜电极的光电性能研究'>4.3 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极的光电性能研究
• 2 薄膜电极的结构表征'>4.3.1 TiO₂薄膜电极的结构表征
• 2 复合粒子薄膜电极的光电性能研究'>4.3.2 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极的光电性能研究
• 2 复合粒子薄膜电极的照片'>4.3.3 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极的照片
• 2 复合粒子薄膜电极染料吸附量的分析'>4.3.4 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极染料吸附量的分析
• 2 复合粒子薄膜电极的光电流工作谱'>4.3.5 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极的光电流工作谱
• 2 薄膜电极的Mott-Schottky 曲线分析'>4.3.6 TiO₂ 薄膜电极的Mott-Schottky 曲线分析
• 2 复合粒子薄膜电极交流阻抗分析'>4.3.7 微纳米TiO₂复合粒子薄膜电极交流阻抗分析
• 2 薄膜电极的光电性能研究'>4.4 硝酸改性微纳米TiO₂薄膜电极的光电性能研究
• 2 薄膜电极的结构表征'>4.4.1 TiO₂薄膜电极的结构表征
• 2 薄膜电极的光电性能研究'>4.4.2 TiO₂薄膜电极的光电性能研究
• 2 薄膜电极染料吸附量的分析'>4.4.3 TiO₂薄膜电极染料吸附量的分析
• 2 薄膜电极的光电流工作谱'>4.4.4 TiO₂薄膜电极的光电流工作谱
• 2 薄膜电极交流阻抗分析'>4.4.5 TiO₂薄膜电极交流阻抗分析
• 4.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢