染料敏化太阳能电池光阴极的设计与特性研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（Dye sensitized solar cell, DSSC）作为第三代新型薄膜太阳能电池，因具有环境友好、成本低廉和光电转换效率高等特点一直备受关注。光阴极作为DSSC器件中的重要组成部分，是电子空穴对传输的载体，其材料主要分为两部分：一部分为P型半导体纳米材料；另一部分为金属铂。本论文以开发高性能和低成本的DSSC为目标，从光阴极材料的合成、光阴极制作工艺的探索及DSSC组装三个方面入手，研制出两种不同光阴极材料的高性能染料敏化太阳能电池。 具体如下： 一、根据染料能级和太阳光波长等因素选择了能级匹配的氧化亚铜和氧化镍作为光阴极材料。采用简单的水浴法，通过优化合成条件制备出具有特殊形貌的氧化亚铜，并以此为光阴极制备DSSC。另外，利用水热法以泡沫镍为模板，通过调整前驱物种类合成出不同形貌的三维氧化镍并作为光阴极，研究NiO形貌对DSSC性能的影响。 二、重点研究Cu2O-DSSC光阴极制作工艺，主要采用刮涂和原位生长技术来获得光阴极。相比原位生长法，在低温刀片刮涂法中，通过改变浆料溶剂种类和配比，制作出平整性和连续性较好的Cu2O光阴极。 DSSC性能测试结果表明：不管是商用氧化亚铜DSSC（Jsc=0.63mA/cm2,=0.17%）还是自制的氧化亚铜DSSC（Jsc=1.3mA/cm2,=0.42%）都展现出较好的光电性能，其中具有去角八面体形貌的氧化亚铜DSSC表现出最优的光电性能。 三、重点研究NiO-DSSC去铂电极结构的组装工艺，分别设计出平面和平面三明治结构（结构命名）。相比其他电极结构，平面三明治结构（TiO2-Ni-NiO-bDSSC，Jsc=5.13mA/cm2,=1.95%）展现出良好的光电性能，尼奎斯特图表明NiO与Pt具有相同的催化活性，因此，NiO是一种有潜力的代铂阴极材料。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 光阴极 氧化亚铜 三维氧化镍 代铂光阴极
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池的发展10-14
• 1.2.1 太阳能简介10-11
• 1.2.2 太阳能电池的分类11-14
• 1.3 染料敏化太阳能电池的发展现状14-17
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构14-15
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理15-16
• 1.3.3 国内外进展16-17
• 1.4 光电极材料的研究17-23
• 1.4.1 光阳极材料17-21
• 1.4.2 光阴极材料21-23
• 1.5 主要研究内容及创新点23-24
• 第二章 光阴极材料的制备及表征24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料与仪器24-25
• 2.3 Cu_2O 材料的制备与表征25-28
• 2.4 NiO 材料的制备与表征28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 Cu_2O 光阴极制备及 DSSC 特性33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 实验材料与仪器33-34
• 3.3 Cu_2O 光阴极的制备34-36
• 3.3.1 高温刮涂用 Cu_2O 浆料的制备34-35
• 3.3.2 Cu_2O 光阴极的原位生长35-36
• 3.3.3 低温刮涂用 Cu_2O 浆料的制备36
• 3.4 光阴极的制备和 DSSC 的组装36-37
• 3.4.1 Cu_2O 光阴极的制备36
• 3.4.2 Cu_2O-DSSC 的组装36-37
• 3.5 DSSC 性能测试37
• 3.5.1 J-V 测试37
• 3.5.2 IPCE 测试37
• 3.5.3 UV absorption 测试37
• 3.6 结果与讨论37-45
• 3.6.1 高温刮涂制备 Cu_2O 光阴极的 DSSC 器件性能37-38
• 3.6.2 原位生长制备 Cu_2O 光阴极的 DSSC 器件性能38-40
• 3.6.3 低温刮涂制备 Cu_2O 光阴极的 DSSC 器件性能40-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 三维 NiO 去铂光阴极的 DSSC 特性47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 实验材料与仪器47-49
• 4.3 电极的制备49-50
• 4.3.1 三维 NiO 去铂光阴极的制备49
• 4.3.2 参比电极 TiO_2电极的制备49
• 4.3.3 TiO_2-NiO-DSSC 的组装49-50
• 4.4 器件测试50-51
• 4.4.1 J-V 测试50-51
• 4.4.2 EIS 测试51
• 4.5 结果与讨论51-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 结论与展望55-57
• 参考文献57-67
• 致谢67-68
• 作者简介68-69

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