基于TiO_2的染料敏化太阳能电池研究

【摘要】：基于TiO_2的染料敏化太阳能电池,因其制作简单、成本低廉和高的理论转化效率而引起研究人员的广泛关注。本论文采用溶胶凝胶法和水热法制备TiO_2薄膜来制备染料敏化电池,利用差热分析、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)以及光电转化测量等手段,研究了制备条件对电池光电性能的影响。 分析采用溶胶凝胶法制备的TiO_2纳米粉末,发现未进行热处理时粉末为无定形态, 300℃热处理后粉末为锐钛矿晶型,600℃热处理后粉末开始出现部分金红石型。粉末的平均晶粒大小随热处理温度的升高而增大,平均晶粒大小由300℃的17.58nm增大到800℃的49.55nm;利用溶胶凝胶法制备的纳米TiO_2粉末,然后制备了薄膜经450℃热处理30min后组装的染料敏化电池,利用I-V测试系统测量得知,得到最大的开路电压和短路电流,分别为0.53V,5.11mA/cm2。研究了水热法获得的TiO_2纳米粉末为原料制成的太阳能电池,发现增大Ti4+浓度对电池的转化效率有微量的增大效应;随TiO_2薄膜厚度的增加电池的光电转化效率提高,在达到一定数值后继续增加厚度时转化效率会降低,在薄膜厚度为9.3μm的时候光电效率达到最大为4.09%;利用氢氧化钠溶液水热处理获得的TiO_2粉末来制备的薄膜电池,制备的电池的光电转化效率有一定的提高,达4.16%。 结果表明,制备TiO_2过程中可以通过增大钛源浓度、强碱处理来优化了TiO_2晶体结构或表面形貌,从而改善染料敏化太阳能电池的光电性能。另外,还可以通过控制薄膜的厚度来提高电池的转化效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2纳米晶 锐钛矿 水热法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 染料敏化电池的国内外发展状况8-10
• 1.2 课程理论基础10-11
• 1.3 本课题的研究内容11-13
• 2 染料敏化太阳能电池的工作原理和基本结构13-23
• 2.1 染料敏化电池的工作原理13-15
• 2.2 染料敏化电池的基本结构15-20
• 2.3 染料敏化电池的伏安特性20-23
• 3 染料敏化电池的工艺流程和表征方法23-31
• 3.1 染料敏化电池制备的工艺流程23-25
• 3.2 表征方法25-31
• 4 溶胶凝胶法制备 DSSC 的光阳极31-42
• 4.1 TiO_2光阳极的制备31-32
• 4.2 实验结果与讨论32-40
• 4.3 本章小结40-42
• 5 水热制备 DSSC 的光阳极42-54
• 5.1 TiO_2光阳极的制备42-43
• 5.2 实验结果与讨论43-52
• 5.3 本章小结52-54
• 6 结论54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 附录 1 攻读学位期间发表论文目录61

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