稀土掺杂纳米级介孔TiO_2光阴极型太阳能电池

【摘要】：新能源一直是近年来研究的热点领域，而太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁新型能源更是备受人们的青睐。染料敏化太阳能电池（DSSC）由于在将光能转化为电能方面有着优异的性能，因此也正在吸引着世界各国学者的关注。截至目前，染料敏化太阳能电池的光电转换效率已逐渐趋于传统的硅型太阳能电池，但相比之下，前者的制造成本更低廉、环境更友好且制造工艺更简单。因此，染料敏化太阳能电池在未来必将有着巨大的应用前景。 TiO_2无毒无害、价格低廉、来源广泛并且一直以来被视为潜力巨大的光催化材料，目前已越来越多被利用在环境保护、水处理、降解有机物等领域。然而作为半导体材料，由于TiO_2较高的禁带宽度而导致相对低的光量子产率仍是限制其发展的一个关键问题。有文献表明，若通过合适的方法拓宽TiO_2半导体的吸收光谱，则有望即使不使用染料敏化，也可制备出较高光电转换效率的光阴极型化学太阳能电池。 本论文拟对半导体TiO_2进行掺杂改性处理，通过三种稀土元素Eu、Ho、Tb的掺杂，一方面可以优化TiO_2的微结构；另一方面，期望通过能级结构丰富的稀土元素离子掺杂可以达到拓宽吸收光谱，从而提升太阳能电池的光电转换效率。在本论文中，我们制备了三种通过掺杂改性的TiO_2工作电极：Eu-TiO_2、Ho-TiO_2及Tb-TiO_2，并探索了染料敏化太阳能电池的组装工艺，等。现将主要内容总结如下： （1）利用溶胶-凝胶法制备了三种稀土元素掺杂的纳米晶TiO_2半导体电极Eu-TiO_2、Ho-TiO_2及Tb-TiO_2（1:10），并通过高分辨透射电镜（HRTEM）、X-射线衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）、N2吸附-解吸附对材料进行了表征。测试结果表明，我们成功制备了三种掺杂稀土元素的TiO_2电极，成分比例为稀土:TiO_2=1:10。所制备的TiO_2晶体为锐钛矿型，晶粒大小在8-20nm范围内， Eu-TiO_2、Ho-TiO_2及Tb-TiO_2的BET表面积分别达到116，103，105cm~2/g，单点孔容分别为：0.51，0.66，及0.65cm~3/g，平均孔径大小：146，236，221。具有优良的吸附性能及分级的三维贯通介孔/介孔微结构。 （2）对染料敏化太阳能电池的组装工艺进行了多方面的探索，重点解决了对于液态型DSSC易导致的电解液漏液问题。我们通过利用热塑性的parafilm膜材料结合打孔Pt电极预先将电池进行封装，随后在真空腔内利用压强差灌装电解液，实验表明这种方法可以达到良好的密封效果。此外，我们也针对电池组装的各部分工艺制作了一个DSSC制备的标准化流程。 （3）我们利用制备的TiO_2电极材料分别组装成染料敏化太阳能电池及光阴极型太阳能电池（未经染料敏化），并通过电化学测试方法对各电极与电池进行了横向与纵向的比较及评价。这其中包括在相同条件下使用掺杂不同元素电极的纵向比较以及使用相同电极材料进行敏化前后性能对比的横向比较。分别测试了各电池的开路电压（Voc）性能，电化学交流阻抗谱（EIS）以及线性扫描伏安测试（LSV），以期对电池性能做出较客观的评价。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 光阴极 稀土掺杂 TiO_2 介孔
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 1. 绪论8-26
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.1.1 太阳能电池的研究背景8
• 1.1.2 染料敏化太阳能电池的研究意义8-9
• 1.2 DSSC 的结构及工作原理9-11
• 1.3 TiO_2材料在 DSC 中的应用及其研究进展11-19
• 1.3.1 TiO_2材料在 DSC 中的应用11-13
• 1.3.2 DSC 中 TiO_2膜的研究进展13-19
• 1.4 染料敏化太阳能电池研究进展19-23
• 1.5 DSSC 的性能参数简介23-26
• 2. 稀土元素掺杂 TiO_2材料的制备及表征26-39
• 2.1 实验材料与仪器26-27
• 2.2 实验步骤及方法27
• 2.2.1 Eu-TiO_2（1:10）的制备27
• 2.2.2 Ho-TiO_2（1:10）及 Tb-TiO_2（1:10）的制备27
• 2.3 结果与讨论27-39
• 2.3.1 HRTEM 表征与分析27-31
• 2.3.2 XRD 表征与分析31-32
• 2.3.3 Raman 表征与分析32-34
• 2.3.4 X-射线光电子能谱（XPS）分析34-36
• 2.3.5 N+2吸附-解吸附曲线分析36-39
• 3.DSSC 的组装工艺及光电性能测试39-55
• 3.1 实验材料与仪器39-40
• 3.2 DSC 的组装工艺研究40-45
• 3.2.1 实验方案设计40-41
• 3.2.2 电极的处理及材料准备41-43
• 3.2.3 电池的组装43-45
• 3.3 DSC 电化学性能测试45-55
• 3.3.1 开路电压分析45-49
• 3.3.2 线性扫描（LSV）测试与分析49-51
• 3.3.3 电化学交流阻抗谱分析（EIS）51-55
• 4. 结论及进一步工作设想55-58
• 4.1 结论55-56
• 4.2 进一步工作设想56-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

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

中国可再生能源发展战略    周凤起;

燃烧合成铁掺杂TiO_2纳米晶的染料敏化光催化性能    赵尹;李春忠;刘秀红;

金红石型TiO_2纳米棒的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用    兰章;吴季怀;林建明;黄妙良;

锂掺杂二氧化钛致密层对染料敏化太阳电池性能的影响    周文谦;鲁玉明;陈昌兆;刘志勇;蔡传兵;

用于染料敏化太阳能电池的铌、氟双掺杂二氧化钛微球    高明琦;徐友龙;白杨;

染料敏化La~(3+)掺杂的TiO_2纳晶薄膜制备及其光电性能    李天广;骆志坚;丁姣;刘江;

染料敏化太阳能电池有机光敏分子的理论研究    詹卫伸

掺杂改性纳米TiO_2光催化剂的制备、表征及光催化活性的研究    王振华

太阳能电池偶氮型敏化染料的合成    祝东刚

钨掺杂二氧化钛及其染料敏化太阳能电池研究    刘芳

关于促进黄石太阳能产业发展的对策与建议    丁斌彬;张青;陈明;聂亚珍;

我国太阳能产业发展面临的问题及对策分析    杨书林;

纳米TiO_2的制备及其光催化性能    简丽,张前程,张凤宝,张国亮

Ce掺杂TiO_2纳米粒子的制备及其光催化活性研究    胡燕;郑经堂;石建稳;

Eu~(3+)掺杂TiO_2光催化剂的制备及废水处理性能研究    王丹军;郭莉;高利锋;张理平;张丹;胡苗苗;

山西省太阳能产业的发展现状与趋势    王宏英;王文亮;

秸秆还田与施氮量耦合对冬小麦产量和养分吸收的影响    苗峰;赵炳梓;陈金林;

光伏行业含氟废水处理    刘进;

基于“SWOT”理论的太阳能热水器农村市场发展策略探讨    杜春霞;

铁酸锌掺杂TiO_2的制备及光催化性能研究    黄凤萍;张双;王帅;李春雪;

染料敏化太阳电池光阳极薄膜的研究进展    郭晓伟;陈改荣;王辉;苗超林;苗郁;曹志民;

纳米二氧化钛光催化降解水中亚硝酸盐    张国锋;刘祥萱;

真空电弧源镀制TiO_2薄膜研究    周友苏;张立珊;

锡掺杂高岭石基纳米TiO_2光催化材料制备及应用研究    白春华;雷绍民;曲艺;程建伟;

无机界矿物天然自净化功能之矿物光催化作用    鲁安怀;

我国几种含钛高炉渣光催化性能的研究    杨合;薛向欣;张志宏;左良;杨中东;

纳米金属氧化物光催化剂的研究进展    耿玉侠;刘文;马国栋;张媛;

纳米金属氧化物光催化剂的研究进展    耿玉侠;刘文;马国栋;张媛;

氮掺杂纳米二氧化钛基可见光催化剂的制备及性能研究    胡裕龙

新型掺杂二氧化钛纳米管光催化材料的制备及其光催化性能的研究    刘海津

金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究    于晓慧

铋复合氧化物的合成及其可见光光催化性能研究    郑艳

低碳经济视角下新能源CDM项目的国际合作问题研究    迟本坤

多功能蚕丝纤维—纳米复合材料的设计与构建    李国红

煤和大港减压渣油的光催化氧化解聚    解恒参

TiO_2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究    黄娟茹

煤的芳香性及氢键对钙基阻化剂抑制煤自燃作用的理论研究    郝朝瑜

带有侧链镶嵌基团的有机近红外光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    郝艳

含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究    陈华杰

半导体材料改性与染料敏化太阳能电池组装与性能测试    张坤峰

咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究    王忠原

三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究    张璐

全氟磺酸树脂/二氧化钛复合膜制备及光催化性能研究    周思敏

脉冲电源制备TiO_2纳米管阵列及其光电特性研究    齐雪峰

碳/二氧化钛纳米复合材料的制备与光催化性能增强    马婷婷

中国太阳能产业发展政策现状、问题与对策    孙妍

TiO_2光电催化降解有机污染物及其带电子行为研究    曾凡银

具有织构缓冲层的二氧化钛纳米棒阵列的染料敏化太阳电池研究    党威武

亲水性染料日光催化脱色的初步研究    游道新,鲍明亮,李晓昕,戴树桂,李献功

纳米TiO_2染料敏化太阳电池的电极修饰和光电复合研究(英文)    蔡传兵;王艳芳;戴剑青;桑园;王晓祺;刘志勇;胡林华;孔凡太;戴松元;

TiO_2 微粒的掺杂改性与催化活性    余锡宾,王桂华,罗衍庆,陈秀红,朱建

太阳光的光催化降解耐酸大红染料的试验    程沧沧,胡德文

稀土元素掺杂二氧化钛催化剂光降解久效磷的研究    岳林海

多晶硅太阳能电池生产工艺技术探讨及应用前景分析    钟文建;

中国多晶硅项目投资完全报告    

硅基太阳电池表面织构的研究进展    黄小龙;崔海昱;邓菊莲;邵俊刚;陈义;廖华;

TiCl_4水解条件对相转变的影响    孙静,高濂

Pb掺杂TiO_2薄膜的制备及光催化活性研究    赵秀峰,孟宪锋,张志红,刘浪,贾殿赠

染料敏化太阳能电池中电解质的研究和染料的量子设计    张晓

芳胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    田海宁