基于TiO_2薄膜染料敏化太阳能电池的制备及性能优化

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为新一代的电池,具有原材料价格低廉,制备工艺简单的特点,成为目前科研领域研究的一个热点方向。提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率和降低电池的成本是走向实用化必须面对的问题。本文从提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率和电池制造成本的角度出发,围绕DSSCs的光阳极和对电极作了一定研究。拟在保证染料敏化太阳能电池的光电转化效率的前提下,降低电池的成本。主要包括三部分工作：(1)TiO2纳米管光阳极材料的结构和性能的优化及光伏性能研究；(2)TiO2空心微球的制备及在DSSCs中的应用；(3)染料敏化太阳能电池碳对电极的制备和性能研究。主要研究成果如下： 通过改进的二次阳极氧化技术在透明导电玻璃(FTO)上制备了高度有序的自立式TiO2纳米管薄膜,并组装成前照式染料敏化太阳能电池。与在钛片上直接生长Ti02纳米管的背照式DSSCs相比,前照式DSSCs大大减少了光的损耗,提高了DSSCs的光电转化效率。在研究过程中,我们讨论了不同二次阳极氧化电压对制备的Ti02纳米管的形貌、结构和光伏性能的影响。研究发现,随着二次阳极氧化电压的升高,Ti02纳米管的管壁明显变薄,而且当电压升高到25V时,管壁出现了明显的破损现象。XRD定量分析表明,随着二次氧化电压的升高,锐钛矿含量逐渐减少。将不同二次氧化电压下制备的TiO2纳米管薄膜组装成DSSCs测试其光电性能,二次氧化电压为15V时的样品所制备的DSSCs具有最高的光电转化效率,在单波长下的光电转化效率达到了10.6%。 采用简单的无模板水热法合成了分级Ti02空心微球,研究了不同氟离子浓度对Ti02空心微球形貌、结构的影响,并探索了Ti02空心球的形成机理。在反应中添加一定体积的乙醇作为辅助反应介质,得到了形貌和结构良好的Ti02微球。结果表明,乙醇的添加改变了溶液的极性,可以增加二氧化钛微球表面活性,对二氧化钛空心微球的成核、生长、结晶都具有一定的影响,适量的乙醇添加量会促进二氧化钛微球的成核和结晶。将Ti02空心球作为散射层应用于染料敏化太阳能电池中,基于TiO2空心球散射层的DSSCs的量子效率(IPCE)最高值达到了85%。 将一种高粘性的导电胶(C-Leit)以一定的比例与高催化活性的炭黑相混合做成浆料,利用刮涂法涂敷于导电玻璃上制成对电极。实验对这种对电极进行了附着力测试和电化学阻抗谱测试,研究了其物理性能和电化学性能,结果表明,C-Leit的引入提高了炭黑与导电基底之间的附着力,同时也增加了对电极的导电性和催化活性。实验研究表明,当炭黑和C-Leit的质量比为5：2时,制备的DSSCs光电转化效率最高达到了4.4%,高于纯炭黑对电极制备的DSSCs,并且稳定性比较高。C-Leit的引入为降低染料敏化太阳能的制作成本和实用化提供了新的途径。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2纳米管 TiO_2空心微球 碳对电极
【学位授予单位】：中央民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 可再生能源与太阳能发电12-13
• 1.2 太阳能电池的发展13-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池的结构与工作原理16-23
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构16-21
• 1.3.2 敏化太阳能电池的工作原理21-23
• 1.4 染料敏化太阳能电池的性能评价参数及指标23-26
• 1.4.1 入射光-电流转化效率(IPCE)24-25
• 1.4.2 开路电压(V_(OC))25
• 1.4.3 短路电流(I_(SC))25
• 1.4.4 填充因子(FF)25-26
• 1.4.5 能量转化效率(η)26
• 1.5 本论文的研究内容与研究意义26-28
• 第2章 TiO_2纳米管的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用28-43
• 2.1 引言28-29
• 2.2 氧化钛纳米管的生长机理29-32
• 2.3 钛基二氧化钛纳米管的制备32-36
• 2.3.1 实验方法及过程32-33
• 2.3.2 实验结果与讨论33-36
• 2.4 自分离法制备无衬底TiO_2纳米管薄膜电极36-42
• 2.4.1 实验方法与过程36-37
• 2.4.2 实验结果与讨论37-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第3章 TiO_2空心球的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用43-60
• 3.1 引言43
• 3.2 二氧化钛空心球的制备43-50
• 3.2.1 实验方法与过程43-45
• 3.2.2 实验结果与讨论45-50
• 3.3 二氧化钛空心球的形成机理50-51
• 3.4 基于二氧化钛空心球散射层的染料敏化太阳能电池51-58
• 3.4.1 DSSCs双层薄膜电极的制备与电池组装53-54
• 3.4.2 DSSCs双层薄膜电极的制备与电池组装54-55
• 3.4.3 DSSCs双层薄膜电极性能测试55-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第4章 染料敏化太阳能电池碳对电极的制备与性能研究60-73
• 4.1 引言60-61
• 4.2 碳对电极的制备及DSSCs的组装61-72
• 4.2.1 实验原料及方法61-62
• 4.2.2 染料敏化太阳能电池的制备62
• 4.2.3 表征与测试62-63
• 4.2.4 碳对电极性能测试与研究63
• 4.2.5 物理性能研究63-65
• 4.2.6 电化学阻抗谱测试65-68
• 4.2.7 基于碳对电极DSSCs性能研究68-70
• 4.2.8 DSSCs稳定性研究70-72
• 4.3 本章小结72-73
• 第5章 结论与展望73-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文84

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

水热法制备TiO_2薄膜的研究    黄晖,罗宏杰,姚熹

自洁净玻璃纳米TiO_2薄膜制备的研究进展    方向红;

纳米二氧化钛薄膜制备研究进展    成晓玲,胡社军,匡同春,曾鹏,谢光荣,汝强

影响TiO_2晶型和晶粒大小的因素    王庆辉,靳映霞,徐杰,张瑾,柳清菊

TiO_2自洁玻璃制备及其应用    周圆;李长虹;

ITO薄膜的制备方法与应用    职利,周怀营

水热法制备薄膜技术    黄晖,苗鸿雁,罗宏杰,姚熹

水热法制备ZnSe粉体及其性能的研究    宫华;刘开平;黄晖;汪敏强;

纳米TiO_2光催化自洁技术研究进展    周世新;李春东;李有桂;

前驱体浓度对纳米TiO_2薄膜生长及光激发特性的影响    梅景红;

TiO_2纳米薄膜的制备与性能研究    窦焰;崔鹏;

TiO_2与TiO_2/SnO_2多孔薄膜的制备及光催化性能    胡春田;陈胜利;王爱军;董鹏;

掺杂改性纳米TiO_2和ZnO薄膜材料性能的研究    杨昌虎

氢氧化镍基能量储存与转换电极体系的探究    练慧勤

水热与溶剂热合成亚稳相功能材料研究    张永才

光催化法去除室内空气中有机污染物的研究    张前程

可见光活性TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能的研究    鄂磊

泡沫金属负载纳米TiO_2的制备、表征及其光催化性能的研究    胡海

常温液相合成TiO_2纳米晶溶胶及其光催化薄膜制备研究    申乾宏

二氧化钛/聚苯胺复合微粒材料的制备、结构和性能研究    李雪艳

改进型纳米TiO_2复合膜的光生阴极保护研究    云虹

自组装纳米FeOOH/TiO_2光催化还原银离子的实验研究    李妮

纳米二氧化钛的水热制备及光激发特性研究    梅景红

二氧化钛基自清洁薄膜的光催化性能和亲水性研究    曲兆娟

水热合成pyrite及光电性能分析    吴荣

溶胶—凝胶水热法结合电泳技术（EPD）制备FeS_2薄膜的研究    段鹤

烧结体湿敏元件的制备及性能测试    宋伟

染料敏化太阳能电池中的TiO_2薄膜、光敏染料和凝胶电解质研究    王东波

纳米二氧化钛薄膜的制备与光催化性能研究    孙猛

金属及其氧化物超细粉体的水热/溶剂热合成与表征    魏明真

ZnCr_2O_4-V_2O_5-Li_2O-ZnO-SiO_2湿敏材料的研制及其抗干扰性能研究    赵越

锐钛矿相TiO_2纳米管的制备及其染料敏化太阳电池    张苑;赵颖;蔡宁;熊绍珍;

氨水挥发法制备氮掺杂TiO_2纳米管及表征    张理元;曹阳;刘钟馨;于晓龙;吕作凤;

TiO_2纳米管的制备、改性及应用研究    陈晓娟;彭芳光;

TiO_2纳米管掺杂Pt/C催化剂对甲醇电氧化性能影响    吴省;蒋淇忠;马紫峰;胡里清;

染料敏化纳米晶体TiO_2太阳能电池的对电极结构    姜春华;胡宇宁;万发荣;龙毅;

Zn离子注入增强TiO_2纳米管光电效应    梁宏;廖斌;马芙蓉;吴先映;张旭;刘安东;

染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展    姜黎明;

柔性染料敏化太阳电池    杨丽;辛钢;吴丽琼;马廷丽;

1-甲基-3-己基咪唑碘在染料敏化太阳电池中的应用研究    史成武,戴松元,王孔嘉,郭力,潘旭,孔凡太,胡林华

染料敏化太阳能电池的研究进展    吴晓宏,秦伟,李晓丹,姜兆华

TiO_2纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究    方艳菊;张中海;袁园;丁红春;金利通;

二氧化钛纳米管及其水热法制备机理研究进展    肖璐;周涛;黄海强;杨艳;

直流脉冲阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列及其特性研究    韦世良;何翔;孙奉娄;钟志有;

C_(60)修饰TiO_2纳米管阵列光电催化降解污染物的研究    林洁;朱永法;

阳极氧化法制备有序TiO_2纳米管阵列    朱伟庆;王树林;

TiO_2纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究    方艳菊;张中海;袁园;丁红春;金利通;

Si掺杂TiO_2纳米管薄膜制备、表征及其光催化氧化降解室内典型VOC_s    邹学军;李新勇;曲振平;肇启东;陈国华;

新型固态染料敏化太阳能电池对电极设计及聚吡咯对电极研究    夏江滨;陈玲;

低温制备染料敏化太阳能电池碳对电极    李可心;李冬梅;罗艳红;孟庆波;

聚苯胺/石墨纸柔性复合电极的原位制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    孙惠成;罗艳红;李冬梅;张一多;李可心;孟庆波;

染料敏化太阳能电池专利申请分析    素白

染料敏化太阳电池产业化项目被列入国家“863”计划    华文

测定电极消耗 改善电极使用性能    杨雄飞

国家支持染料敏化太阳电池开发    林青海

让环保能源占领市场    本报驻堪培拉记者 张川杜

染料敏化太阳电池研究获进展    汪携

日本开发出玻纤染料敏化太阳能电池    齐宏伟

几种常用传感器的工作原理    河南 董美红

发达国家电弧炉高效节能技术简介④    郭廷杰

太阳能电池：让“阳光”主宰未来生活    本报记者　张显峰

TiO_2纳米管光催化同步去除水体中重金属和有机物的协同作用及其机理    林龙利

TiO_2纳米管的制备及改性研究    梁砚琴

TiO_2纳米管阵列的可控制备及其光电转化性能研究    解玉龙

TiO_2纳米管抗菌与生物活性双功能种植体涂层的构建与评价    赵领洲

TiO_2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究    黄娟茹

TiO_2纳米结构及n-型TiO_2纳米结构/p-型金刚石异质结制备、表征及性质研究    苑举君

一维TiO_2与ZnO纳米阵列的设计、制备及性能研究    任鑫

二元非金属掺杂TiO_2纳米管的阳极氧化法制备及其可见光催化性能研究    陈秀琴

Ag，N掺杂对TiO_2纳米管电极光催化降解有机染料的影响    万斌

TiO_2纳米管制备及其电化学相关性质的研究    肖鹏

基于TiO_2薄膜染料敏化太阳能电池的制备及性能优化    王科

TiO_2纳米管的制备及其选择性加氢脱硫性能研究    王鑫

TiO_2纳米管及其酸化产物的制备与电化学性能研究    施万玉

TiO_2纳米管负载锰的低温脱硝性能研究    姚瑶

TiO_2纳米管表面细胞外基质的构建及其生物相容性的研究    朱颖

TiO_2纳米管的制备、表征及其光催化性能研究    王慧娟

磁性可分离的TiO_2纳米管的制备、表征及可见光催化性能    王义珠

离子液体辅助阳极氧化法制备TiO_2纳米管及其性能研究    刘嘉瑶

TiO_2纳米管种植体涂层的构建及其消毒方式对蛋白质吸附能力的评价    孙彦维

种植体表面TiO_2纳米管涂层的紫外光催化抗菌性研究    杨惠铃