染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池具有光电转换效率高、制备工艺简单及成本低等优点,具有极大开发潜力。本文研究制备了染料敏化太阳能电池的光阳极,主要涉及纳米二氧化钛薄膜的制备,罗丹明B、荧光素和不对称方酸菁染料的光谱性能以及纳米二氧化钛薄膜的敏化等。 以钛酸正丁酯(TBT)为前驱物原料,以乙醇作为分散剂,并选择二乙醇胺作为螯合剂,聚乙二醇(PEG)作为表面活性剂,采用溶胶凝胶法在室温下于ITO导电玻璃上制备得到了纳米二氧化钛薄膜。经过XRD测试结果表明制得的纳米二氧化钛薄膜为锐钛矿;经台阶仪测试测得薄膜厚度约为68~75 nm;场发射扫描电镜测试结果显示纳米二氧化钛的粒径约为30~50 nm,薄膜表面孔洞分布均匀且孔径大小约为200~300 nm,孔洞约占总面积的80%。 光谱性能研究结果表明:在甲醇溶液中,罗丹明B、荧光素和不对称方酸菁染料的最大紫外-可见吸收波长分别为544 nm、485 nm和630 nm,吸收强度随浓度的增加而增强;当荧光素浓度大于5.0×10-4 mol/L时,分子会发生团聚,使441 nm处的肩峰吸收强度增高;在乙醇水溶液中,在环糊精或稀土离子存在下,罗丹明B和荧光素的光谱无明显的变化,但环糊精使不对称方酸菁染料的荧光发射强度有所增强。两种染料复合时,荧光素的存在使不对称方酸菁的紫外-可见吸收强度略有降低,而使罗丹明B的吸收波长红移;不对称方酸菁染料可抑制荧光素分子的团聚,从而使其441 nm处肩峰强度降低而485 nm处的主吸收峰增强。三种染料复合可使混合液在200 nm~660 nm范围内的紫外-可见吸收光谱有较好吸收。 采用浸渍法和新的敏化方法分别对制备的纳米二氧化钛薄膜进行染料敏化,结果表明:不对称方酸菁染料与荧光素的复合敏化性能最优,制备的染料敏化太阳能电池的开路电压为280 mV,短路电流为0.498 mA;两种方法均能达到较好的敏化效果,但新的敏化方法具有敏化效率高、节约染料、环保等优点。 【关键词】：染料敏化太阳能电池光阳极 纳米二氧化钛薄膜 染料光敏剂 光谱性能 染料的敏化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 前言11-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池12-14
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构12-13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理13-14
• 1.3 纳米二氧化钛薄膜材料14-16
• 1.3.1 DSSC 对纳米二氧化钛薄膜的要求14
• 1.3.2 纳米二氧化钛薄膜的制备14-16
• 1.4 光敏染料16-18
• 1.4.1 DSSC 对染料的要求16-17
• 1.4.2 DSSC 光敏染料的分类17-18
• 1.5 电解质及对电极18-20
• 1.5.1 电解质18-20
• 1.5.2 对电极20
• 1.6 染料敏化太阳能电池的研究进展与发展前景20-23
• 1.6.1 染料敏化太阳能电池的研究进展20-22
• 1.6.2 染料敏化太阳能电池的开发前景22-23
• 第2章 纳米二氧化钛薄膜的制备及表征23-36
• 2.1 实验仪器及药品23-24
• 2.1.1 实验仪器23-24
• 2.1.2 实验药品24
• 2.2 粉末涂覆法纳米二氧化钛薄膜的制备24-25
• 2.2.1 二氧化钛浆料的配制24
• 2.2.2 二氧化钛薄膜的涂覆24-25
• 2.2.3 二氧化钛薄膜的焙烧25
• 2.3 溶胶凝胶法纳米二氧化钛薄膜的制备25-26
• 2.3.1 溶胶凝胶液的配制25
• 2.3.2 提拉法纳米二氧化钛薄膜的制备25-26
• 2.3.3 纳米二氧化钛薄膜的焙烧26
• 2.4 结果与讨论26-35
• 2.4.1 纳米二氧化钛薄膜的制备工艺探讨26-27
• 2.4.2 XRD 测试结果与分析27-29
• 2.4.3 膜厚测试结果与分析29-32
• 2.4.4 SEM 测试结果与分析32-34
• 2.4.5 敏化结果与分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 染料的光谱性能研究36-56
• 3.1 实验仪器与药品36-38
• 3.1.1 实验仪器36
• 3.1.2 实验药品36-38
• 3.2 光谱性能测试用染料溶液的配制38-42
• 3.2.1 不对称方酸菁染料待测溶液的配制38-39
• 3.2.2 罗丹明B 待测溶液的配制39-40
• 3.2.3 荧光素待测溶液的配制40-42
• 3.2.4 复配染料溶液的配制42
• 3.3 结果与讨论42-55
• 3.3.1 不对称方酸菁染料的光谱性能及分析42-45
• 3.3.2 罗丹明B 的光谱性能及分析45-48
• 3.3.3 荧光素的光谱性能及分析48-51
• 3.3.4 复配染料溶液的紫外-可见吸收光谱分析51-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 染料敏化太阳能电池光阳极的制备及性能研究56-63
• 4.1 实验仪器与药品56-57
• 4.1.1 实验仪器56
• 4.1.2 实验药品56-57
• 4.2 光阳极的制备与测试57-60
• 4.2.1 电解质及对电极的制备57
• 4.2.2 染料溶液的配制57-58
• 4.2.3 光阳极的敏化58-59
• 4.2.4 DSSC 电池的组装及测试59-60
• 4.3 结果与讨论60-62
• 4.3.1 染料对DSSC 性能的影响60-61
• 4.3.2 染料对DSSC 光阳极的敏化方法研究61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果70-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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