静电自组装制备纳米染料敏化太阳能电池光阳极

【摘要】： 能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题,太阳能作为一种取之不尽、用之不竭、无污染洁净的特性,成为最有希望的新型能源之一。染料敏化纳米晶Ti02太阳能电池(DSSC)制作工艺简单、成本低和性能稳定,引起了各国科学家的广泛关注。而多孔纳米TiO2薄膜是DSSC电池体系中最重要的部分之一 本文采用水热法合成纳米晶TiO2,将合成的TiO2粉体制成胶体,采用静电自组装法(ESAM)将胶体吸附在FTO导电玻璃上,制成染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的光阳极。在此基础上,借助SEM、XRD、XPS等手段分析表征了TiO2粉体和TiO2多孔薄膜的相组成和显微组织。 探讨水热合成过程中前驱体的pH值、反应温度和水热合成时间控制TiO2纳米晶粒晶相、平均粒径和形貌等的影响规律,结果表明前驱体pH=10.5,水热合成温度120℃,水热合成时间为5h时,能够得得平均粒径为7.1nm的锐钛矿相纳米Ti02晶粒。 在前面工作的基础上,以Ti02多孔薄膜为光阳极,以碳修饰的导电玻璃为光阴极,以I-／I3-溶液为液体电解质,组装成DSSC太阳能电池,并对其光电性能进行了测定。研究薄膜厚度对薄膜形貌、组成薄膜晶体的晶型以及对电池光电性能的影响,结果表明由7层TiO2薄膜组成的DSSC太阳能电池的效果最佳,其光电转换率为3.53%。 【关键词】：DSSC 纳米TiO_2 水热法 静电自组装(ESAM)
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-21
• 1.1 选题背景7-8
• 1.2 太阳能电池8-10
• 1.2.1 太阳能电池分类8-9
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)9
• 1.2.3 国内光伏研究进展9-10
• 1.3 染料敏化太阳能电池(DSSC)结构和基本原理10-15
• 1.3.1 DSSC电池结构10-11
• 1.3.2 DSSC电池工作原理11-12
• 1.3.3 DSSC电池各组成部分对电池光电性能的影响12-15
• 1.4 纳米TiO_2薄膜15-18
• 1.4.1 纳米TiO_2薄膜的制备15-17
• 1.4.2 纳米TiO_2薄膜的表面修饰17-18
• 1.4.3 纳米TiO_2薄膜的耦合18
• 1.4.4 纳米TiO_2薄膜的掺杂18
• 1.5 研究意义18-19
• 1.6 论文研究的内容19-20
• 1.7 研究工艺流程图20-21
• 2 实验条件和实验过程21-31
• 2.1 实验原料与设备21-22
• 2.1.1 实验原料21
• 2.1.2 实验设备21-22
• 2.2 纳米TiO_2粉体的制备22
• 2.3 DSSC光阳极的制备22-25
• 2.3.1 FTO导电玻璃的准备22
• 2.3.2 TiO_2胶体的制备22-23
• 2.3.3 正负电化处理23
• 2.3.4 静电自组装(ESAM)制备TiO_2薄膜23-24
• 2.3.5 电解质溶液的配制24-25
• 2.3.6 C膜对电极的制备25
• 2.3.7 天然叶绿素的提取和染色25
• 2.4 纳米TiO_2粉体及薄膜的表征25-26
• 2.4.1 X射线衍射(XRD)25
• 2.4.2 透射电镜(TEM)25
• 2.4.3 X射线光电子能谱仪(XPS)25-26
• 2.5 DSSC光阳极性能26-31
• 2.5.1 电池的组装26
• 2.5.2 DSSC的伏安特性26-27
• 2.5.3 DSSC性能测试指标27-31
• 3 水热合成纳米二氧化钛31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 水热法制备纳米二氧化钛的影响因素31-38
• 3.2.1 前驱体的pH值32-33
• 3.2.2 水热合成温度33-36
• 3.2.3 水热合成时间36-38
• 3.3 水热反应机理的初探38-40
• 3.3.1 水热反应38
• 3.3.2 纳米晶核的形成和长大过程38-39
• 3.3.3 二氧化钛纳米晶核形成的数学表达39-40
• 3.4 小结40-42
• 4 分子静电自组装法制备DSSC光阳极42-53
• 4.1 分子静电自组装42-43
• 4.2 实验结果与讨论43-53
• 4.2.1 TiO_2薄膜的表征与分析43-49
• 4.2.2 CATC[/SDS/TiO_2]_n薄膜自组装过程分析49-50
• 4.2.3 DSSC太阳能电池性能测试50-53
• 5 结论53-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-62
• 在校学习期间发表的论文62

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