不同形貌TiO_2在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池因其成本低廉、制备技术简单、相对高的光电转换效率而备受关注。染料敏化太阳能电池是一种典型的三明治结构的电池,它由吸附有染料分子的纳米Ti02光阳极、电解质和载铂对电极三部分组成。其中,纳米Ti02薄膜因其高的光电转换效率、好的稳定性和较低的成本等特点,成为染料敏化太阳能电池中理想的光电极材料。TiO2光阳极作为染料敏化太阳能电池中的重要部分,具有吸收太阳光和传输电子的作用。Ti02光阳极与太阳光的捕获,电子的注入和收集,以及电子复合有关,所以其对染料敏化太阳能电池的光电转换性能有很大的影响。因此,需要对纳米Ti02薄膜电极进行改性,使其能获得更高的光电转换效率。在本文中,主要通过对纳米Ti02进行形貌的设计,并将不同形貌,不同晶型的纳米Ti02薄膜组合,制备成双层薄膜电极,从而提高染料敏化太阳能电池的光电性能。研究内容与结论如下： (1)我们设计空心盒状Ti02薄膜为上层,P25纳米颗粒薄膜为底层制备双层薄膜电极来提高染料敏化太阳能电池的性能。其中空心盒状TiO2颗粒,首先是采用水热法制备出TiOF2立方体先驱体,然后在马弗炉中高温煅烧后得到空心盒状TiO2。使用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外－可见吸收仪和电化学工作站等测试手段来研究HB-TiO2/P25双层薄膜电极的特性。研究结果表明,Ti02双层薄膜电极相对P25纳米薄膜电极和纯的空心盒状薄膜电极有较高的光电转换效率,达到6.4%,主要的原因是空心盒状Ti02薄膜电极作为光反射层,增加了电池捕获光的能力。 (2)以金红石型花椰菜状Ti02薄膜作为上层,P25纳米颗粒薄膜作为下层,制备出双层薄膜电极,并将此薄膜电极组装成染料敏化太阳能电池。使用各种测试手段,如X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、紫外－可见吸收光谱仪、BET等,来表征此双层薄膜电极的性能。结果表明,这种由不同晶型、不同形貌的Ti02制成的双层薄膜电极具有很好的光电转换效率,最高可达到9.9%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 二氧化钛 空心盒状二氧化钛 花椰菜状二氧化钛 金红石型 锐钛矿型 光电转换效率 光反射
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 前言13
• 1.2 太阳能电池的种类13-16
• 1.2.1 硅系太阳能电池13-14
• 1.2.2 有机太阳能电池14-15
• 1.2.3 无机化合物半导体太阳能电池15-16
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池16
• 1.3 染料敏化太阳能电池16-19
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理16-18
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的性能参数18-19
• 1.3.2.1 短路电流密度18-19
• 1.3.2.2 开路电压19
• 1.3.2.3 填充因子19
• 1.3.2.4 单色光转换效率19
• 1.3.2.5 总光电转换效率19
• 1.4 染料敏化太阳能电池纳米TiO_2薄膜的改性19-24
• 1.4.1 离子掺杂20
• 1.4.2 化学表面处理20-21
• 1.4.3 半导体复合21-22
• 1.4.4 形貌设计22-24
• 1.5 本论文的选题思想和研究内容24-26
• 第2章 实验方法26-30
• 2.1 实验原料26
• 2.2 实验设备26-27
• 2.3 电池制备与组装27
• 2.3.1 导电玻璃的清洗27
• 2.3.2 染料敏化二氧化钛薄膜电极的制备27
• 2.3.3 电池组装27
• 2.4 测试方法与表征27-30
• 2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)27-28
• 2.4.2 透射电子显微镜(TEM)28
• 2.4.3 X射线衍射(XRD)28
• 2.4.4 比表面积和孔径分布(BET)28
• 2.4.5 紫外可见光谱仪(UV-Vis)28
• 2.4.6 光电性能28-30
• 第3章 空心盒状TiO_2/P25纳米颗粒双层薄膜电极的制备及其在DSSCs中的应用30-44
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验部分31
• 3.2.1 空心盒状TiO_2粉末的制备31
• 3.2.2 纳米TiO_2双层膜电极的制备31
• 3.2.3 TiO_2双层薄膜染料敏化太阳能电池的制备31
• 3.3 结果与讨论31-43
• 3.3.1 相结构与形貌31-34
• 3.3.2 相结构与BET分析34-36
• 3.3.3 紫外-可见反射光谱的分析36-38
• 3.3.4 染料敏化太阳能电池的光电性能38-40
• 3.3.5 三种薄膜电极的交流阻抗分析40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 金红石型花椰菜状TiO_2/P25纳米颗粒双层薄膜的制备及其在DSSCs中的应用44-58
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45
• 4.2.1 花椰菜状纳米TiO_2粉末的制备45
• 4.2.2 花椰菜状纳米TiO_2/P25双层薄膜电极的制备45
• 4.2.3 TiO_2双层薄膜染料敏化太阳能电池的制备45
• 4.3 结果与讨论45-56
• 4.3.1 相结构与形貌45-47
• 4.3.2 BET比表面积与孔径分布47-49
• 4.3.3 薄膜电极的紫外-可见光谱分析49-51
• 4.3.4 三种薄膜电极的光电性能研究51-54
• 4.3.5 三种薄膜电极的交流阻抗性能研究54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-70
• 附录70-71
• 致谢71

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