基于天然染料的光敏化太阳能电池的研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell, DSC）是一种近几年出现的新型的光电化学太阳能电池。自从1991年出现以来,就凭借制作工艺简单、成本低、光电性能稳定和对环境无污染等优点而引起了众多研究者的广泛兴趣。DSC具有很好的应用前景,它在太阳能电池研究上具有重要意义。但它与目前在太阳能电池市场得到人们认可的硅太阳能电池相比,DSC的光电转换效率比较低。因此提高DSC的光电转换效率是目前太阳能电池研究的一个重要方面。本文通过对光敏化剂的选用和对电极部分的优化来提高太阳能电池的光电转换效率。（1）本文分别从植物的叶子、花、中药和饮料类中提取了二十种天然色素,以此做为TiO2膜的光敏化剂,组装成了DSC,测试其光电性能。并对这些色素进行了UV-Vis光谱的测试。得到天然染料敏化太阳能的开路电压（Voc）变化范围从0.337 V到0.689 V,短路电流密度（Jsc）变化为0.14-2.69 mA cm-2,尤其是山竹果皮提取色素敏化DSC得到0.686 v的开路电压,可以与N719相媲美。没有经过纯化的山竹色素敏化DSC得到的光电转换效率为1.17%。我们进一步对山竹色素进行了提纯,并对其进行了各项相应的测试。发现山竹色素敏化DSC主要成分是芦丁（rutin）（2）对电极作为DSC的一个重要组成部分,对DSC的光电转换效率也有重要的影响。目前有关DSC对电极的研究主要集中在铂对电极和碳材料对电极。Pt由于其优良的催化效果和稳定性为人们最常用,含有铂层的对电极已经比较成熟,能让DSC获得较好的光电效率。实验室经常用到的是用溅射法制备的Pt电极,由于受仪器的影响,溅射Pt对电极很难大面积生产,不利于DSC的产业化生产。因此要寻求一种最优的制作工艺,可以用较少的Pt负载量来达到较高的光电转换效率。本文用几种不同工艺制备了DSC的Pt对电极,通过研究发现这几种方法制备的对电极其性能与溅射方法制备的Pt对电极相差不大。虽然使用Pt对电极能得到较高光电效率,但是Pt是一种贵金属,价格太高,它的使用会加大DSC的生产成本,而碳材料由于具有较好的电子传导率、性能稳定、高催化活性、低成本等优点,因此引起人们的广泛兴趣。本文用了三种不同的方法初步制备了碳电极,并对其进行了各种性能测试,找到一种较好制备碳对电极的方法,降低了DSC的生产成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 太阳能电池的研究进展
• 1.2 染料敏化太阳能电池
• 1.2.1 DSC的结构及其原理
• 2膜的研究进展'>1.2.2 纳晶TiO₂膜的研究进展
• 1.2.3 光敏化剂的研究进展
• 1.2.4 对电极的研究进展
• 1.3 天然染料敏化DSC存在的问题
• 1.4 DSC的性能参数
• 1.5 本论文的研究目的
• 2 天然染料敏化太阳能电池的研究
• 2.1 主要仪器与药品
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 制备天然染料
• 2.2.2 制备天然染料敏化太阳能电池
• 2.2.3 天然染料敏化太阳能电池的光电性能的测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 天然染料的吸收光谱和分子结构
• 2.3.2 天然染料敏化太阳能电池的光电性能
• 2.3.3 山竹果皮色素的纯化和性质
• 2.4 本章小结
• 3 对电极对DSC性能的影响
• 3.1 主要仪器与药品
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 Pt对电极的制备
• 3.2.2 C对电极的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Pt对电极的性能
• 3.3.2 C对电极的性能
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢