染料敏化太阳能电池新型TiO_2薄膜电极的制备及性能

【摘要】： 在过去近二十年里，染料敏化纳晶太阳能电池一直是世界各国能源研究的热点课题。染料敏化纳晶太阳能电池已经成为最有可能取代传统的p-n结太阳能电池的光电转换器件。纳晶TiO_2薄膜电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分。本论文制备了ZnO修饰的纳晶TiO_2薄膜电极和具有规则球形大孔的纳晶TiO_2薄膜电极，并对所制备的新型TiO_2薄膜电极及其组成电池的性能进行了详细的研究。 采用溶胶．凝胶水热法制备了锐钛矿结构的纳晶TiO_2薄膜电极，采用EC/PC电解质体系组装染料敏化太阳能电池。并通过对纳晶TiO_2薄膜太阳能电池中电解质体系的吸光度、交流阻抗、暗电流等参数的测量，研究了I_2和KI含量对电池光电性能的影响原因。 在溶胶．凝胶水热法制备TiO_2胶体的过程中，加入醋酸锌，制备了ZnO修饰的TiO_2薄膜电极。在(EC:PC=1:1，V/V)+0.5mol/L KI+0.05mol/L12+0.05mol/L LiI电解质体系中，利用ZnO修饰的TiO_2薄膜电极组装的电池光电转换效率可达到5.89%，相对于纯TiO_2薄膜电极组装的电池提高了20%。通过暗电流、瞬态光电流、交流阻抗以及平带电位等测试探讨了ZnO修饰提高电池光电性能的机理。 添加适量聚丙烯腈到EC/PC电解质体系((EC:PC=1:1，V/V)+0.5mol/LKI+0.05mol/L U2)形成准固态电解质，组装了准固态染料敏化太阳能电池，研究了电池中的离子扩散性能和光电性能。发现随着电解质体系粘度的增加，I_3~-离子扩散系数急剧下降，进而在准固念染料敏化太阳能电池的光电转换过程中形成新的速控步骤I_3~-离子的扩散过程。通过TiO_2薄膜电极厚度、电解质中I2添加量等因素对I_3~-离子扩散及电池光电性能的影响研究，进一步证实在准固念染料敏化太阳能电池中I_3~-离子扩散过程很可能是电池光电转换过程的速控步骤。 采用种子乳液聚合的方法制备了形状规则、颗粒分布均匀的聚苯乙烯微球，将制备的聚苯乙烯微球作为造孔剂应用到纳晶TiO_2薄膜电极的制备过程中，制备了含有规则球形孔隙的纳晶TiO_2薄膜电极。规则球形孔隙的存在提高了纳晶TiO_2薄膜电极的光散射性能，进而提高薄膜电极的吸光效率。比较I_3~-离子在不同孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极中的扩散性能，发现纳晶TiO_2薄膜电极的孔隙结构对I_3~-离子的扩散性能具有很大的影响，而且随着电解质粘度的增大，影响越来越明显。I_3~-离子在具有规则球形孔隙结构的纳晶TiO_2薄膜电极中具有较好的扩散性能，而且在含有200nm规则球形大孔的纳晶TiO_2薄膜电极中扩散性能最佳。将含有200nm规则球形大孔的纳晶TiO_2薄膜电极应用在准固态染料敏化太阳能电池中，可以削弱I_3~-离子扩散对电池光电性能的影响，提高电池在高光强下的短路光电流。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 纳晶TiO_2薄膜电极 ZnO修饰 I_3~-离子扩散 孔隙结构
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-37
• 1.1 太阳能电池的研究进展14-17
• 1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理17-22
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构17-18
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理18-22
• 1.3 染料敏化太阳能电池各组成部分对电池光电性能的影响22-31
• 1.3.1 纳晶TiO_2工作电极22-25
• 1.3.2 染料光敏化剂25-27
• 1.3.3 电解质27-29
• 1.3.4 对电极29-31
• 1.4 染料敏化太阳能电池新型TiO_2薄膜电极的研究进展31-34
• 1.4.1 金属氧化物修饰TiO_2薄膜电极的研究进展31-33
• 1.4.2 新型形貌TiO_2薄膜电极的研究进展33-34
• 1.5 本课题的提出及实验路线34-37
• 第2章 实验材料、仪器及表征方法37-43
• 2.1 实验材料37-38
• 2.2 实验仪器38
• 2.3 纳晶TiO_2材料表征方法38-39
• 2.3.1 纳晶TiO_2薄膜的晶型结构表征38-39
• 2.3.2 纳晶TiO_2薄膜的形貌表征39
• 2.3.3 纳晶TiO_2薄膜染料吸附量的测量39
• 2.4 光电化学测量方法39-41
• 2.4.1 光电转换效率的测量39-40
• 2.4.2 瞬念光电流的测量40
• 2.4.3 平带电位的测量40-41
• 2.4.4 离子极限扩散电流的测量41
• 2.4.5 电化学交流阻抗的测量41
• 2.5 本章小结41-43
• 第3章 纳晶TiO_2薄膜太阳能电池的制备及电解质对其性能的影响43-53
• 3.1 引言43
• 3.2 纳晶TiO_2薄膜电极的制备43-45
• 3.2.1 TiO_2胶体的制备43-44
• 3.2.2 导电玻璃基底的预处理44-45
• 3.2.3 纳晶TiO_2薄膜电极的制备45
• 3.3 纳晶TiO_2薄膜电极的晶型结构及形貌45-47
• 3.3.1 纳晶TiO_2薄膜电极的SEM图谱45-46
• 3.3.2 纳晶TiO_2薄膜电极的XRD图谱46-47
• 3.4 电解质组分对纳晶TiO_2薄膜太阳能电池光电性能的影响47-51
• 3.4.1 染料敏化太阳能电池的组装及光电测量47
• 3.4.2 EC/PC电解质体系中I_2含量对电池光电性能的影响47-50
• 3.4.3 EC/PC电解质体系中KI含量对电池光电性能的影响50-51
• 3.5 结论51-53
• 第4章 ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜电极的制备及性能研究53-67
• 4.1 引言53-54
• 4.2 ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜电极的制备及表征54-56
• 4.2.1 ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜电极的制备54-55
• 4.2.2 ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜电极的表征55-56
• 4.3 ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜电极在太阳能电池中的应用56-65
• 4.3.1 染料敏化太阳能电池的电极及电解液56
• 4.3.2 锌添加量对电池光电流一光电压曲线的影响56-58
• 4.3.3 锌添加量对纳晶TiO_2薄膜电极暗电流的影响58-59
• 4.3.4 锌添加量对纳晶TiO_2薄膜电极瞬态光电流谱的影响59-60
• 4.3.5 锌添加量对纳晶TiO_2薄膜电极阻抗图谱的影响60-62
• 4.3.6 锌添加量对纳晶TiO_2薄膜电极平带电位的影响62-63
• 4.3.7 LiI对ZnO修饰纳晶TiO_2薄膜太阳能电池光电性能的影响63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第5章 准固态染料敏化太阳能电池中离子扩散性能研究67-87
• 5.1 引言67-68
• 5.2 聚丙烯腈基EC/PC准固态电解质的制备68-69
• 5.3 离子扩散性能的表征方法69-72
• 5.3.1 超微电极法69-70
• 5.3.2 薄层电池法70-72
• 5.4 添加聚丙烯腈的EC/PC电解质中离子扩散性能研究72-80
• 5.4.1 聚丙烯腈添加量对离子扩散性能的影响72-77
• 5.4.2 I_2添加量对离子扩散性能的影响77-79
• 5.4.3 纳晶TiO_2薄膜电极厚度对离子扩散性能的影响79-80
• 5.5 添加聚丙烯腈的EC/PC电解质组成电池的光电性能研究80-85
• 5.5.1 电解质体系中聚丙烯腈添加量对电池光电性能的影响80-81
• 5.5.2 电解质体系中I_2添加量对电池光电性能的影响81-83
• 5.5.3 纳晶TiO_2薄膜电极厚度对电池光电性能的影响83-85
• 5.6 本章小结85-87
• 第6章 含规则球形孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的制备及性能研究87-97
• 6.1 引言87-88
• 6.2 聚苯乙烯微球的制备及表征88-89
• 6.2.1 实验材料88
• 6.2.2 聚苯乙烯微球的制备88
• 6.2.3 聚苯乙烯微球的表征88-89
• 6.3 含规则球形孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的研究89-96
• 6.3.1 含规则球形孔隙结构纳品TiO_2薄膜电极的制备89-90
• 6.3.2 含规则球彤孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的形貌90-92
• 6.3.3 含规则球形孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的光散射性能92-94
• 6.3.4 含规则球形孔隙结构纳晶TiO_2薄膜在太阳能电池中的应用94-96
• 6.4 小结96-97
• 第7章 纳晶TiO_2薄膜电极孔隙结构对离子扩散性能的影响97-117
• 7.1 引言97-98
• 7.2 不同孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的制备及形貌98-100
• 7.2.1 不同孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的制备98
• 7.2.2 不同孔隙结构纳晶TiO_2薄膜电极的形貌98-100
• 7.3 纳晶TiO_2薄膜孔隙结构对离子扩散性能的影响100-110
• 7.4 含规则大孔TiO_2薄膜电极在准固态太阳能电池中的应用110-116
• 7.5 本章小结116-117
• 结论117-121
• 参考文献121-146
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果146-147
• 致谢147

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于DSSC光阳极二氧化钛的制备、改性及光电性能研究    胡希

大面积单基板全固态染料敏化太阳能电池研究    荣耀光

染料敏化太阳能电池炭基对电极的制备与性能研究    孟凡宁

高浓乳液聚合法制备单分散聚苯乙烯胶乳反应机理研究    罗时忠,胡文芳,张文敏

电致变色材料的变色机理及其研究进展    沈庆月;陆春华;许仲梓;

分散聚合反应中影响聚苯乙烯微球粒径的因素    张凯,傅强,江璐霞

超微电极的新进展    古宁宇,董绍俊

NPC电池染料敏化剂的研究进展    苏树兵,宋世庚,郑应智,陶明德

CdS敏化对TiO_2纳米薄膜电极光生电荷转移特性的影响    钱新明,宋庆,白玉白,李铁津,汤心颐,董绍俊,汪尔康

用多孔玻璃膜管悬浮聚合法制备单分散性聚苯乙烯微球    范星河,谢晓峰

方酸染料在染料敏化太阳能电池及氰离子检测中的应用研究    李超,张宝文,王雪松

低温制备高质量多晶硅薄膜技术及其应用    黄创君,林璇英,林揆训,余楚迎,姚若河

单分散聚苯乙烯微球的制备及影响因素研究    张凯,雷毅,王宇光,江璐霞

新型无卤阻燃共聚酰胺66的制备及表征    杨晓峰;李巧玲;陈志萍;韩红丽;

EPDM-g-MAN的合成及AEMS的冲击性能研究    刘伟涛;王炼石;蔡彤旻;张安强;曾祥斌;

导电共轭聚合物的制备与应用    王振杰;聂登攀;耿家锐;李志远;何灏;

增韧聚乙烯母料的化学结构研究    樊卫华;彭志宏;李贵勋;白娟;陈金周;王经武;

聚苯乙烯纳米标准物质制备研究    熊大伟;姚金水;陈淑祥;高翠玲;黄延敏;

添加剂在铜电解精炼中的电化学行为的研究    鲁道荣

含芴环的酚醛树脂共聚物的合成    王峰;

桐油衍生物/苯乙烯无皂乳液聚合动力学研究    蒲侠;张兴华;

微量铈离子在酸性电镀锡过程中沉积机理的探讨    严怡芹，倪光明

引发剂浓度和配比对丙烯腈水相沉淀聚合反应的影响    吴红兵;

冷轧钢板表面电解涂覆薄层二氧化硅过程的研究 Ⅱ.机理研究    耿秋菊;周荣明;印仁和;郁祖湛;

冷轧钢板表面电解涂覆薄层二氧化硅过程研究 Ⅰ.电解工艺对表面涂硅量的影响    耿秋菊;周荣明;印仁和;郁祖湛;

半导体芯片铜线工艺中的添加剂作用机理研究进展    孙建军;谢步高;

换热管的腐蚀研究进展    张明明;路遥;

三种极化作用下多孔电极单孔模型的计算    宋辉;徐献芝;朱梅;李芬;

含抗坏血酸分散聚合体系制备单分散聚苯乙烯微球    王东莎;刘彦军;

装甲装备库存橡胶器材防老化涂层的研究进展    梁志杰;冯斌;黄琪;

聚羧酸盐高效减水剂的合成及在客运专线中应用    薛军鹏;

醋酸乙烯聚合率对聚乙烯醇聚合度的影响    蔡建国;高慧慧;

离子浓度的等电位点测量与多点自动标定方法    杨光永;

凝胶注模成型法制备1-3型PMN-PZT/环氧树脂压电复合材料研究    杜景红

基于超分子环糊精的共聚物合成及其包络吸附性能研究    孙朝阳

聚羧酸超塑化剂的合成、性能和分散吸附行为研究    傅乐峰

咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究    张启波

硅烷sol-gel薄膜及含硅烷的聚合物涂层的电沉积研究    刘倞

染料敏化太阳能电池中电极材料和寄生电阻的研究    周聪华

聚酯低温等离子体表面改性及喷墨印花应用性能研究    王春莹

聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究    田野

无机/聚合物复合微球的设计、合成及形貌控制研究    张建安

以Nb_2O_5·nH_2O为助剂的甲醇氧化电催化剂的制备与性能研究    李伟伟

介孔分子筛的制备及对木瓜蛋白酶固定化研究    孙伟杰

多孔型苯丙胶乳膜的构建及其在织物整理中的应用    叶佳佳

数控选区电沉积快速成型的成型质量研究    李高飞

聚丙烯蜡接枝与乳化研究    侯黎黎

新型高分子增容剂的制备及其增容性能的研究    姜滢

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究    刘兰

快速响应性敏感大孔水凝胶的制备及其溶胀性能研究    薛玉华

卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究    樊丽霞

含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究    陈华杰

Al_2O_3/TiO_2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究    张欣宇;

染料敏化太阳能电池中的光电极制备技术    唐笑;钱觉时;黄佳木;

染料敏化太阳能电池对电极的研究进展    尹艳红;许泽辉;冯磊硕;杨书廷;李承斌;

有机薄膜太阳能电池    郭军;李博;胡来归;

染料敏化太阳能电池中凝胶电解质的研究    陈振宁;赵慨;吴晓宏;王艳萍;

染料敏化太阳能电池中酞菁光敏剂的固定基团的研究进展    杨琳;陈子辉;张复实;

用丝网印刷法制备Pt电极及其性能    张海波;姜胜林;张洋洋;曾亦可;

煤基炭材料的结构及其嵌锂行为    李宝华,李开喜,吕春祥,凌立成

一种新型太阳能电池菁染料光敏剂的合成及其性能研究    王丽秋;聂巍巍;王新亭;郑立辉;魏跃;徐超;郝淑娟;白利苗;

二十一世纪若干电工新技术产业化展望    严陆光

染料敏化太阳电池中铂金对电极的制备及性能之比较    李品将;吴季怀;李清华;

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

煤中活性基团的氧化及自反应过程    戚绪尧

煤基纳米和微米炭材料的电弧法制备研究    李永峰

染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳电池研究    韩宏伟

染料敏化太阳能电池中PEG基体聚合物电解质和低铂负载量对电极研究    李品将

三苯胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    裴娟

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

染料敏化太阳能电池的性能研究    李杨

煤局部结构芳香环氧化反应机理的数值实验    李会荣

碳材料在纳晶染料敏化太阳能电池对电极研究中的应用    黄振

硅太阳能电池研究    王涛

染料敏化太阳能电池性能及电子传输研究    孙涛

染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究    姜奇伟

染料敏化太阳能电池阻抗分析    巩峰

染料敏化太阳能电池的对电极研究    刘小东

染料敏化太阳能电池的性能研究    张季

溶胶—凝胶法制备负载型TiO_2微球及复合薄膜    杨越

微波合成PMMA胶乳粒子    汤勇铮,唐业仓,傅中,罗世忠,张文敏

灵巧窗电致变色复合薄膜材料、器件及应用    殷顺湖,徐键,洪樟连,王民权

功能薄膜材料多晶硅的制备及光电特性研究    吴萍,林旋英,姚若河,余楚迎

太阳能电池及材料研究    梁宗存,沈辉,李戬洪

TiO_2光电池的制备与应用研究进展    蒲敏,吴东,孙予罕

单分散聚苯乙烯微球的制备    王为,郭鹤桐,高建平,于九皋

纳米尺度TiO_2聚苯胺多孔膜电极光电化学研究    柳闽生,郝彦忠,乔学斌,杨迈之,蔡生民,李永舫

血红蛋白在L-半胱氨酸微银修饰电极上的电化学行为    顾凯,朱俊杰,陈洪渊

不同膜厚的NiO薄膜电致变色特性的研究    李筱琳,任豪

多孔硅的制备与光伏特性研究    王宝辉，王德军，李铁津

离子液体聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用    卢敏;张玉清;芦雷鸣;

国产染料敏化太阳能电池光电转化率超过10%,接近世界最高水平    

“人造树叶”变光为电    张军;

能源转换与储能装置的若干关键电极材料(2)    刘业翔

新能源电池扫描    袁泉;

清华大学材料科学与工程系 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室——太阳能课题组    

美发明硅藻太阳能电池新技术    张文;

染料敏化太阳能电池封装工艺的研究进展    黎颖;杨峰;程翠华;赵勇;

染料敏化太阳能电池中的敏化剂    梁茂,陶占良,陈军

环球扫描    

多层染料协同敏化的纳米晶二氧化钛电极    李超;王维波;王雪松;张宝文;

TiO_2大孔薄膜的光散射性能    马玉涛;王立铎;邱勇;

新型、高效染料敏化太阳能电池碳对电极    罗艳红;刘喜哲;黄振;孟庆波;

阴极电沉积法制备TiO_2薄膜及其光电性能    张林森;李素珍;王力臻;

氮掺杂氧化锌的制备及其染料敏化太阳能电池的性能研究    张凌云;杨玉林;范瑞清;

PbS量子点修饰及其DSSC光伏特性研究    罗芬;王鹏;吴学明;马蓓蓓;王立铎;邱勇;

介孔TiO_2的制备及其光电转化性能研究    姜军;顾锋;邵玮;李春忠;

准固态染料敏化太阳能电池电解质P(HEMA-NVP)的研究    史秋飞;戴玉华;

染料敏化太阳能电池材料的优化与电池模块集成    孟庆波;李冬梅;罗艳红;

包含p-n结的柔性染料敏化太阳能电池    衡利苹;翟锦;江雷;

染料敏化太阳能电池新型TiO_2薄膜电极的制备及性能    李胜军

四氢喹啉类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    陈瑞奎

敏化纳晶TiO_2薄膜电极的制备及性能研究    张含平

功能材料的设计、组装及其光电性质研究    杨红

D-π-A型有机染料的设计合成及其在染料敏化太阳能电池和金属离子识别中的应用    宋晓睿

芳胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    田海宁

三苯胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    裴娟

基于二氧化钛纳米材料的染料敏化太阳能电池改进    Ammar Elfatih A.Elsanousi

原位生长掺杂TiO_2薄膜电极及其光电转换性能研究    王松

染料敏化太阳能电池中PEG基体聚合物电解质和低铂负载量对电极研究    李品将

丝网印刷纳晶TiO_2薄膜电极的制备与性能研究    解东梅

染料敏化太阳能电池TiO_2多孔薄膜电极研究    李晓冬

CuI在染料敏化太阳能电池中的应用    韩静

染料敏化太阳能电池阻抗分析    巩峰

染料敏化纳晶TiO_2多孔薄膜电极的低温制备与性能研究    李成玉

新型离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用    习成成

Pt/TiO_2光催化剂及染料敏化太阳电池电解质的制备与研究    陈烈杭

染料敏化太阳能电池光阳极材料的研究    王文佳

染料敏化太阳能电池中TiO_2薄膜电极的制备及应用    林琳

D-π-A结构染料的合成与应用    王宇鹏