氧化钛纳米管在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：当前全球经济正在快速发展,人类面临着能源危机和矿物质能源所带来的环境问题,因此太阳能等新能源的开发就显得至关重要。染料敏化太阳能电池(DSSC)是开发利用太阳能的一条有效途径,其成本低廉,制作工艺简单,对环境友好,潜在的较高光电效率等优点,有十分广阔的应用前景。 染料敏化太阳能电池通常采用TiO_2纳米晶多孔薄膜作为染料吸附和电子传输层。但是由于纳米颗粒边界较多,在传输过程中会使电子的损失较多,影响光电转换效率。针对上述问题,本文通过制备TiO_2纳米管并制备含纳米管的薄膜电极,以期望在具有较大TiO_2薄膜的表面积的同时,又减少纳米颗粒的边界,降低了电子复合率,使电极的捕获光子效率增强,从而使染料敏化太阳能电池的光电转换效率得以提高。主要工作包括: (1)通过查阅文献与试验操作相结合,掌握了实用的纳米晶TiO_2多孔薄膜电极的制备工艺,使用制备的薄膜电极组装成太阳能电池并进行相关测试。成功的使用较简单的原料制备的电池,在模拟标准太阳光照(AM 1.5)下,具有较高光电转换效率,为进一步开展研究打下基础; (2)重点研究电池的光阳极材料,合成新型结构的TiO_2纳米结构。采用传统的湿化学方法之一的水热法制备了TiO_2纳米管,用不同的洗涤方法、水热反应时间、水热反应温度处理,考察了这些因素对TiO_2纳米管形成的结构形貌的影响,制备了较为理想的TiO_2纳米管; (3)使用水热方法制备的TiO_2纳米管制备电池。用粉末涂覆的方法制备了纳米管和纳米颗粒P25不同配比的薄膜,分别配制染料溶液和电解液,组装太阳能电池,研究其光电转换性能。发现纳米管的添加有助于提高染料敏化太阳能电池的短路电流。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 纳米晶多孔薄膜 水热法 TiO_2纳米管
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 太阳能电池的发展概况和现状10-14
• 1.1.1 太阳能和太阳能的利用10-11
• 1.1.2 太阳能电池与太阳能电池的分类11-14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和原理14-20
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理14-16
• 1.2.2 各组成部分对染料敏化太阳能电池光电性能的影响16-20
• 1.2.2.1 纳米半导体多孔薄膜电极16-18
• 1.2.2.2 染料光敏化剂18-19
• 1.2.2.3 电解质19
• 1.2.2.4 对电极19-20
• 1.3 二氧化钛纳米管太阳能电池20-22
• 1.3.1 新型Ti0_2薄膜电极的研究进展20
• 1.3.2 Ti0_2纳米管染料敏化太阳能电池20-22
• 1.4 本论文的选题和研究内容22-23
• 第二章 氧化钛纳米管的水热法制备及机理研究23-38
• 2.1 实验原料及设备23-24
• 2.2 水热法制备二氧化钛纳米管实验方法及步骤24-26
• 2.3 实验结果与分析26-34
• 2.3.1 不同方法处理水热反应产物的实验结果与分析26-28
• 2.3.2 不同水热反应时间的实验结果与分析28-30
• 2.3.3 不同水热反应温度的实验结果与分析30-32
• 2.3.4 退火温度对Ti0_2 纳米管结构的晶型分析32-34
• 2.4 Ti0_2纳米管形成机理探讨34-36
• 2.5 本章总结36-38
• 第三章 粉末涂敷法制备氧化钛多孔膜38-46
• 3.1 实验原料及设备38-39
• 3.2 二氧化钛多孔薄膜的制备39-43
• 3.2.1 二氧化钛纳米管多孔膜的制备40-43
• 3.2.1.1 试验方法与流程40
• 3.2.1.2 二氧化钛纳米管浆料的配制40-41
• 3.2.1.3 导电基底清洗41-42
• 3.2.1.4 薄膜涂覆42-43
• 3.2.2 P25氧化钛多孔膜的制备43
• 3.3 薄膜晶相与表面形貌分析43-44
• 3.4 本章总结44-46
• 第四章 溶胶-凝胶法制备氧化钛多孔膜46-51
• 4.1 溶胶-凝胶法制备纳米Ti0_2薄膜原理46-47
• 4.2 溶胶-凝胶法制备纳米Ti0_2薄膜47-49
• 4.2.1 实验原料及设备47-48
• 4.2.2 配置溶胶48-49
• 4.2.3 薄膜制备49
• 4.3 实验结果与讨论49-50
• 4.4 本章总结50-51
• 第五章 染料敏化太阳能电池的测试51-64
• 5.1 实验原料及设备51
• 5.2 染料敏化太阳能电池的组装51-54
• 5.2.1 染料的配置51-53
• 5.2.2 电解质的配制53
• 5.2.3 对电极53-54
• 5.2.4 电池的组装54
• 5.3 电池光电性能测试与分析54-63
• 5.3.1 染料敏化太阳能电池的性能指标54-56
• 5.3.2 染料敏化太阳电池的性能测试及分析56-63
• 5.4 本章总结63-64
• 第六章 结论和展望64-66
• 6.1 本论文研究总结64-65
• 6.2 前景展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻硕期间取得的研究成果72-73

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