染料及量子点敏化太阳能电池纳米阵列光阳极研究

【摘要】：以染料或者量子点作为敏化剂的纳米氧化物太阳能电池是一种新型的太阳能电池，具有广阔的应用前景。作为光阳极，纳米氧化物是敏化太阳能电池的关键组成部分，相比纳米颗粒，一维TiO_2纳米材料为电子的传输提供了直接的通道，从而提高电池的电荷收集效率。 本论文以一维TiO_2纳米材料为出发点，研究了纳米阵列薄膜的制备方法及其在染料和量子点敏化纳米氧化物太阳能电池中的应用。首先通过水热法制备了TiO_2纳米线阵列，在纳米线薄膜表面包覆一层MgO绝缘层，以抑制电子的复合，提高了电池的光电转换效率，并利用电化学阻抗谱研究了染料敏化太阳能电池中TiO_2纳米线阵列的电子传输行为。 TiO_2纳米管是另外一种重要的一维纳米材料，本论文通过阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列，研究了阳极氧化时间、电压和电解质浓度对TiO_2纳米管的形貌、尺寸的影响规律，并深入探讨了纳米管尺寸对染料敏化太阳能电池光阳极性能的影响。 另一方面，量子点作为一种新型的敏化材料，已经成为敏化太阳能电池的研究热点，目前关于量子点敏化一维材料的研究尚少。本论文通过化学浴沉积法合成了Ag2S无毒量子点，研究了不同制备条件对其组成成分、微观形貌和能级结构等的影响。并以Ag2S敏化的TiO_2纳米管为光阳极，对量子点敏化太阳能电池的光电性能进行了深入研究。 【关键词】：敏化太阳能电池 TiO_2纳米线 TiO_2纳米管 Ag_2S 量子点 电化学阻抗谱
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-21
• 1.1 选题的背景及意义8-9
• 1.2 染料敏化太阳能电池简介9-11
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池概述9-10
• 1.2.2 导电基板10
• 1.2.3 纳米氧化物光阳极10
• 1.2.4 对电极10-11
• 1.2.5 染料11
• 1.2.6 电解质11
• 1.3 量子点敏化太阳能电池简介11-12
• 1.3.1 量子点11-12
• 1.3.2 量子点敏化太阳能电池的结构组成及工作原理12
• 1.4 敏化太阳能电池的表征方法12-17
• 1.4.1 敏化太阳能电池的性能参数12-15
• 1.4.2 紫外可见吸收光谱15
• 1.4.3 电化学阻抗谱15-17
• 1.5 敏化太阳能电池光阳极的研究现状17
• 1.6 TiO_2纳米阵列光阳极的研究现状17-19
• 1.7 量子点敏化太阳能电池的研究现状19
• 1.8 课题的研究目标和研究内容19-21
• 第2章 TiO_2纳米线薄膜的包覆及其在 DSCs 中的性能研究21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 原料及设备21-22
• 2.3 TiO_2纳米线薄膜的制备及 MgO 包覆22-23
• 2.3.1 TiO_2纳米线阵列的制备22
• 2.3.2 TiO_2纳米线阵列的表面包覆22-23
• 2.4 电池的组装与测试23
• 2.5 纳米线薄膜形貌分析23-24
• 2.6 物相及元素分析24-25
• 2.7 纳米线薄膜的染料吸附能力研究25-26
• 2.8 薄膜电极的电荷传输研究26-30
• 2.8.1 EIS 测试、拟合及计算方法26-27
• 2.8.2 薄膜电极的 EIS 分析27-30
• 2.9 薄膜电极的光电性能分析30-31
• 2.10 本章小结31-32
• 第3章 TiO_2纳米管的制备及其在 DSCs 中的性能研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 原料及设备32-33
• 3.3 TiO_2纳米管阵列的阳极氧化法制备33-35
• 3.3.1 TiO_2纳米管阵列的制备方法33
• 3.3.2 物相及元素分析33-35
• 3.3.3 TiO_2纳米管阵列的生长机理35
• 3.4 制备工艺对 TiO_2纳米管阵列的影响35-39
• 3.4.1 NH4F 浓度对 TiO_2纳米管的影响35-36
• 3.4.2 H2O 浓度对 TiO_2纳米管的影响36-37
• 3.4.3 阳极氧化时间对 TiO_2纳米管的影响37-38
• 3.4.4 阳极氧化电压对 TiO_2纳米管的影响38-39
• 3.5 TiO_2纳米管太阳能电池的性能研究39-41
• 3.5.1 TiO_2纳米管太阳能电池的组装与测试39
• 3.5.2 TiO_2纳米管尺寸对电池光电性能的影响39-41
• 3.5.3 TiO_2纳米管的染料吸附能力研究41
• 3.6 纳米颗粒/纳米管复合薄膜的制备41-46
• 3.6.1 上下贯通的纳米管制备及其与纳米颗粒的复合方法研究42-44
• 3.6.2 纳米颗粒/纳米管复合薄膜的水热法制备44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第4章 Ag_2S 量子点敏化太阳能电池的研究47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 原料及设备47-48
• 4.3 Ag_2S 量子点的制备及表征48-51
• 4.3.1 Ag_2S 量子点的 CBD 法制备48
• 4.3.2 Ag_2S 量子点的物相分析48-49
• 4.3.3 Ag_2S 量子点合成的化学反应机理49
• 4.3.4 Ag_2S 量子点的 UV-Vis-NIR 吸收光谱分析49-51
• 4.4 量子点敏化的 TiO_2纳米管太阳能电池的性能研究51-59
• 4.4.1 Ag_2S 量子点敏化 TiO_2纳米管太阳能电池的制备方法51
• 4.4.2 Ag_2S 量子点敏化光阳极的形貌及物相分析51-53
• 4.4.3 Ag_2S 量子点敏化光阳极的能级结构分析53-55
• 4.4.4 量子点敏化太阳能电池的光电性能分析55-58
• 4.4.5 量子点敏化太阳能电池的 EIS 分析58-59
• 4.5 量子点敏化的 SnO_2纳米晶太阳能电池的性能研究59-66
• 4.5.1 Ag_2S 量子点敏化 SnO_2纳米颗粒太阳能电池的制备方法59
• 4.5.2 光阳极的形貌及物相分析59-61
• 4.5.3 量子点敏化光阳极的能级结构分析61-62
• 4.5.4 量子点敏化太阳能电池的对电极优化62-64
• 4.5.5 量子点敏化 SnO_2太阳能电池的光电性能分析64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 结论67-69
• 参考文献69-76
• 致谢76-78
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果78

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