复合改性纳米TiO_2膜电极与准固态太阳能电池性能研究

【摘要】：能源危机和环境污染是人类在21世纪面临的两大挑战,开发和利用可再生绿色能源已成为人类社会所面临的重大课题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生平衡能源,具有清洁、安全、广泛、寿命长等其它能源所不可比拟的优点,而太阳能电池是开发利用太阳能的最有效方法之一。 为了解决太阳能电池液态电解质漏液、不易封装、寿命短等问题,本文选取聚电解质(如聚丙烯酸钠)作为凝胶剂,制成准固态电解质,并组装成太阳能电池,研究准固态太阳能电池的光电转换性能。 为提高准固态电池的光电转换效率,本文对电池的光阳极材料进行改性,分别采用非金属元素掺杂和金属离子掺杂的方法对Ti02材料进行改性,并组装成准固态太阳能电池,研究其光电转换性能。借助UV-Vis、FTIR、PL、SEM/EDS、XRD等分析手段对材料进行表征。 结果表明,N、C元素的引入降低了Ti02的禁带宽度,使其可见光区吸收光谱红移,有效地提高了太阳能电池的光电转换效率。TiOxNyCz以400℃煅烧时显示出最佳的光电转换性能,准固态太阳能电池的光电转换效率可达2.15%。金属离子的掺杂,使改性后的Ti02材料粒径明显减小,成膜颗粒更为均匀,分散性更好。金属离子Al3+、Zn2+进入Ti02晶格,形成新的掺杂能级,降低了Ti02的带隙能,有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,提高了分离效率,从而使准固态太阳能电池的Jsc和Voc增大,光电转换效率显著提高。当A13+掺杂量为3mL(Al3+:TiO2=0.5%w/w)时,电池的光电转换效率最高,达3.03%；当Zn2+掺杂量为2mL (Zn2+:TiO2=0.9%w/w)时,电池的光电转换效率最高,达3.15%。 【关键词】：准固态太阳能电池 TiO_2 复合改性
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 前言8-19
• 1.1 研究背景8
• 1.2 太阳能电池的分类8-9
• 1.3 太阳能电池的结构和工作原理9-16
• 1.3.1 太阳能电池的结构9-15
• 1.3.2 太阳能电池的工作原理15-16
• 1.4 太阳能电池的性能指标16-17
• 1.5 课题的研究内容及意义17-19
• 1.5.1 课题的提出17-18
• 1.5.2 研究内容及意义18-19
• 第二章 实验方法与表征手段19-26
• 2.1 改性TIO_2的制备方法19-20
• 2.1.1 非金属改性20
• 2.1.2 Al~(3+)掺杂改性20
• 2.1.3 Zn~(2+)掺杂改性20
• 2.2 实验试剂和仪器20-23
• 2.2.1 实验试剂20-22
• 2.2.2 实验仪器22-23
• 2.3 表征手段23-24
• 2.3.1 紫外-可见光谱(UV-vis)23
• 2.3.2 红外光谱(IR)23
• 2.3.3 荧光光谱(PL)23-24
• 2.3.4 扫描电镜(SEM)24
• 2.3.5 X射线能谱(EDS)24
• 2.3.6 X射线衍射(XRD)24
• 2.4 准固态太阳能电池的组装与性能测试24-26
• 2.4.1 准固态电解质的选择与制备24-25
• 2.4.2 准固态太阳能电池性能测试25-26
• 第三章 非金属改性TIO_2膜电极对准固态太阳能电池的性能影响26-32
• 3.1 实验部分26-27
• 3.1.1 N、C掺杂TiO_2的制备方法26
• 3.1.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试26-27
• 3.2 结果与讨论27-32
• 3.2.1 TiO_xN_yC_z的Uv-vis分析27
• 3.2.2 TiO_xN_yC_z的FTIR分析27
• 3.2.3 TiO_xN_yC_z的荧光表征27-30
• 3.2.4 TiO_xN_yC_z的XRD分析30-31
• 3.2.5 准固态太阳能电池性能测试31-32
• 第四章 金属改性TIO_2膜电极对准固态太阳能电池的性能影响32-44
• 4.1 AL~(3+)-TIO_XN_YC_Z性能研究32-38
• 4.1.1 Al~(3+)掺杂TiO_2的制备方法32
• 4.1.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试32-34
• 4.1.3 试验结果与讨论34-38
• 4.2 ZN~(2+)-TIO_XN_YC_Z性能研究38-44
• 4.2.1 Zn~(2+)掺杂TiO_2的制备方法38
• 4.2.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试38-39
• 4.2.3 试验结果与讨论39-44
• 第五章 结论与展望44-45
• 5.1 结论44
• 5.2 展望44-45
• 参考文献45-51
• 致谢51-52
• 作者简介52

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