二氧化钛/染料/聚苯胺结构太阳能电池的制备与研究

【摘要】：随着全世界经济的不断发展以及矿物质资源逐渐的枯竭,太阳能资源的开发利用越来越受到人们的关注,染料敏化太阳能电池(DSSC)是开发利用太阳能的有效途径之一。DSSC以相对低廉的价格,简单的制作工艺和潜在的高光电转换效率,在大面积工业化生产中具有较大的优势,同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的,对保护人类环境具有重要的意义,使它有可能取代传统硅系太阳能电池成为未来太阳能电池的主导。 基于目前国内外染料敏化太阳能电池的发展状况,本论文主要做了以下几项工作： (1)通过溶胶-凝胶法制备TiO2多孔薄膜,掺杂不同的金属元素制备M-TiO2 (M=K、Na、Mg、Ca、Co、Sn、Fe、Ni)纳米薄膜电极,XRD、AFM、UV-Vis检测M-TiO2结构、形貌和性能。研究结果表明：掺杂2%(mol%)的金属离子没有改变TiO2的晶格结构,但其吸收峰在可见光区都发生明显的红移,禁带宽度降低,特别是Mg-TiO2和Ni-TiO2电极的禁带宽度都同样达到2.75ev,掺杂后的M-TiO2电极比没有掺杂的TiO2电极更适合做染料敏化太阳能电池的光阳极。 (2)从紫苏叶子和花菜提取天然染料作为敏化剂,并对其吸收光谱和敏化效果进行了分析,天然染料在可见光670nm出现吸收峰,对掺杂2%和2.5%molMg离子的TiO2电极起到了很好的敏化效果。 (3)采用微乳液聚合的方法制备了本征态的聚苯胺(PANI),使用质子酸掺杂的办法对本征态的聚苯胺进行了导电掺杂。发现本征态态聚苯胺在400nm处有较强的吸收峰,掺杂态聚苯胺在400nm处的吸收峰强度下降以至于消失,而在750nm-800nm处出现较宽的吸收峰。成膜之后的导电聚苯胺材料表面平整均一,粗糙度较小,成膜质量良好,采用四探针测电导率的方法测定了掺杂态聚苯胺的电导率,得到的电导率为2.58S·cm-1。 (4)对制备的器件进行了欧姆接触性能和整流特性测试,得到了器件材料之间是良好的欧姆接触,具有良好的整流特性。比较了不同的阴极材料和不同Mg离子浓度掺杂TiO2光阳极对器件光电性能的影响,结果显示用ITO作为对电极比用Al的更有优势,掺杂1.5%molMg离子制备的ITO/1.5.Mg-TiO2/Dye/PANI/ITO太阳能电池器件获得了更好的电池性能,开路电压和短路电流分别达到247mV和0.3 mA。 【关键词】：溶胶凝胶法 纳米TiO_2薄膜 染料 聚苯胺 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 DSSC的结构及其原理11-13
• 1.3. 国内外研究与应用现状13-14
• 1.4 光阳极的研究进展14-15
• 1.5 敏化染料的研究进展15-17
• 1.6 电解质的研究进展17-19
• 1.7 对电极的研究进展19
• 1.8 DSSC现存主要问题19-20
• 1.9 本文研究的主要内容20-22
• 第二章 二氧化钛薄膜的制备22-34
• 2.1 纳米TiO_2的结构和特性22-23
• 2.2 纳米TiO_2薄膜制备方法23
• 2.3 纳米TiO_2的改性23-25
• 2.4 纳米TiO_2薄膜的制备及表征25-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 天然染料敏化剂的制备34-40
• 3.1 敏化剂的特性34
• 3.2 天然敏化剂的制备和表征34-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 聚苯胺的制备40-48
• 4.1 聚苯胺的结构和导电机理40
• 4.2 聚苯胺的合成方法40-42
• 4.3 聚苯胺的应用42
• 4.4 聚苯胺的制备与表征42-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 染料敏化太阳能电池的制作及测试48-60
• 5.1 太阳能电池的性能指标48-50
• 5.2 电池制作的工艺流程50-54
• 5.3 太阳能电池的特性测试54-57
• 5.4 本章小结57-60
• 第六章 总结和展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74-76
• 致谢76

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