染料敏化太阳能电池光电极的研究

【摘要】： 最近,染料敏化太阳能电池受到越来越多研究人员的关注。本文概述了染料敏化太阳能电池的研究现状,并对光电极进行了研究。通过线性扫描法,紫外-可见光光度计和体视显微镜等手段对太阳能电池光电特性,紫外-可见光响应光谱和表面形貌进行了分析。 通过观察添加剂OP-7和羟乙基纤维素含量对太阳能电池性能的影响,确定浆料配方。在二氧化钛(TiO2)浆料中添加SiO2、ZnO、Ga2O3、Al2O3、CeO2五种氧化物,结果表明添加氧化物在一定比例内确实能提高光电转换效率,特别是添加ZnO含量在10mass%~30mass%所得的太阳能电池的光电转换效率提高程度要比其他添加物所制备的太阳能电池要高。 确定ZnO为掺杂物,通过添加不同的酸,通过配制不同ZnO含量的不同ZnO-TiO2浆料,浸入不同敏化剂制备出的光电极组成太阳能电池的各技术参数表明:(1) HNO3和酞菁绿分别是最好的添加酸和敏化剂;(2) ZnO起了阻碍电荷复合的作用,HNO3必须和ZnO一起才能起到作用;(3)性能最好的光电极的光电转换率为0.57%,此时开路电压是685mV,短路电流为0.183 mA,填充因子为0.455。 通过紫外-可见光光度计测试结果表明:形成浆料的氧化物粉末吸收峰光谱的“蓝移”使得Eg增大,从而使Efemi增大,Voc变大;酞菁蓝和酞菁绿的吸收光谱差不多,天然染料的吸收带在190nm~900nm内有3个。 体视显微镜结果表明:直接添加ZnO不能很好的改善纯TiO2光电极的表面状态,而HNO3的单独加入还使光电极的表面状态变差了,HNO3对表面状态的影响是通过ZnO来实现的;ZnO的添加量要适当,过量的ZnO会不利于纳米薄膜表面状态。而HNO3+ZnO+TiO2+蒸馏水搅拌过程中会有Zn(NO3)2的生成,但存在部分ZnO,ZnO层的阻碍电荷复合作用和Zn(NO3)2对表面状态的改善使得太阳能电池性能有所提高。 【关键词】：太阳能电池 染料敏化 二氧化钛
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题背景9
• 1.2 太阳能电池的结构原理与技术指标9-14
• 1.2.1 太阳能电池的发展9-10
• 1.2.2 太阳能电池结构与工作原理10-12
• 1.2.3 太阳能电池的技术指标12-14
• 1.3 太阳能电池的研究现状14-22
• 1.3.1 纳米多孔半导体薄膜14-16
• 1.3.2 敏化剂的研究现状16-19
• 1.3.3 电解质的研究现状19-20
• 1.3.4 对电极的研究现状20-21
• 1.3.5 电荷复合机理与抑制方法21-22
• 1.4 课题研究内容及目的意义22-24
• 第2章 实验材料与实验方法24-29
• 2.1 实验材料与设备24-25
• 2.1.1 实验材料24-25
• 2.1.2 实验仪器25
• 2.2 DSSC电池光电极的制备25-26
• 2.3 材料的制备及性能表征26-27
• 2.3.1 SEM测试26-27
• 2.3.2 紫外-可见光光度测试27
• 2.3.3 体视显微镜测试27
• 2.3.4 天然染料的制备27
• 2.4 DSSC电池的组装与测试27-29
• 第3章 TiO_2浆料添加剂含量对开路电压的影响29-35
• 3.1 光电流与暗电流29-30
• 3.2 OP-7 含量对开路电压(V_(oc))的影响30-32
• 3.3 羟乙基纤维素含量对开路电压(V_(oc))的影响32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 纳米多孔薄膜的制备与研究35-55
• 4.1 添加氧化物对光电性能的影响35-42
• 4.1.1 添加SiO_2对光电性能的影响35-37
• 4.1.2 添加ZnO对光电性能的影响37-38
• 4.1.3 添加Ga_2O_3对光电性能的影响38-39
• 4.1.4 添加Al_2O_3对光电性能的影响39-40
• 4.1.5 添加CeO_2对光电性能的影响40-42
• 4.2 纳米ZnO-TiO_2薄膜的制备及研究42-54
• 4.2.1 ZnO+TiO_2浆料体系制备的纳米薄膜的光电性能42-44
• 4.2.2 ZnO+TiO_2+酸浆料体系1 制备的纳米薄膜的光电性能44-45
• 4.2.3 ZnO+TiO_2+酸浆料体系2 制备的纳米薄膜的光电性能45-46
• 4.2.4 不同酸处理对光电性能的影响46-49
• 4.2.5 紫外-可见分光光度测试49-52
• 4.2.6 体视显微镜测试52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 敏化剂对光电性能的影响55-60
• 5.1 酞菁绿对光电性能的影响55-56
• 5.2 天然染料对光电性能的影响56-58
• 5.3 紫外-可见分光光度测试58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-70
• 致谢70

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