染料敏化太阳能电池TiO_2多孔薄膜电极研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)以其优良的性能和廉价的成本在科学研究和实际应用方面引起了很大的关注,被认为是未来光伏发电最有前景的方向之一。 为提高以TiO_2纳晶多孔薄膜电极为基础的半导体纳晶太阳能电池的光电转换效率和稳定性,本论文主要研究了TiO_2纳米晶多孔薄膜的微结构的优化。 1.改变TiO_2浆料中PEG的浓度和丝网印刷的层数以改变TiO_2多孔纳米晶薄膜的厚度,通过I-V特性曲线的测量,研究膜厚与DSSC的光电转换效率之间的关系,。通过实验,染料-电解质体系中的膜厚得到最优化。 2.用TiCl_4的化学处理方法改善了TiO_2纳晶多孔薄膜电极的微结构使导电性增加,提高了电子输运速率并增强了表面与染料分子的键合,有利于电子的注入,大大提高了光电转化效率。 3.TiO_2纳米粉末由于表面电荷作用而造成聚集的情况产生,用HNO_3溶液预处理TiO_2粉末,减少光阳极表面的裂痕和颗粒之间的团聚,增大了薄膜比表面积,增加了染料的吸附,增大了电池电流,大大提高了光电转换效率。 4.对商品TiO_2纳米颗粒强碱回流处理的方法制备了高产率、大比表面积的TiO_2纳米管。将制备得到的TiO_2纳米管制备电池光阳极,研究了电池的I-V特性曲线。通过实验得出,TiO_2纳米管的引入有效增大了开路电压和填充因子,减少了电池的暗电流,证明了是一种极有前途的电池电极材料。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2纳晶多孔薄膜电极 TiO_2纳米管 光电转换效率
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第一章 引言12-23
• 1.1 能源危机与太阳能利用12-15
• 1.2 太阳能电池综述15-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池的发展16-18
• 1.4 本论文研究的目的和内容18-20
• 1.4.1 研究目的18
• 1.4.2 研究内容18-20
• 参考文献20-23
• 第二章 染料敏化电池的结构、工作原理及性能参数23-36
• 2.1 染料敏化太阳能电池的结构23-27
• 2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理27-30
• 2.3 染料敏化太阳能电池的性能参数30-34
• 2.3.1 光电流工作谱和入射单色光-电转化效率(IPCE)30-31
• 2.3.2 染料敏化太阳能电池的输出特性31-34
• 参考文献34-36
• 第三章 TiO_2纳晶多孔薄膜电极的制备与特性研究36-54
• 3.1 实验仪器36-41
• 3.1.1 扫描电子显微镜(SEM)36-37
• 3.1.2 台阶仪37-38
• 3.1.3 I-V曲线测量系统38-40
• 3.1.4 UV-VIS分光光度计40-41
• 3.2 实验过程41-46
• 3.2.1 实验材料41-42
• 3.2.2 实验步骤及方法42-46
• 3.3 TiO_2纳晶多孔薄膜形貌、结构的表征46-52
• 3.3.1 SEM形貌46-47
• 3.3.2 吸收光谱47-48
• 3.3.3 最佳膜厚的选择48-50
• 3.3.4 光强对光电转换效率的影响50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 参考文献53-54
• 第四章 TiO_2纳晶多孔薄膜的化学处理54-63
• 4.1 TiCl_4溶液处理光阳极54-58
• 4.1.1 实验步骤及方法54-56
• 4.1.2 化学修饰后TiO_2薄膜结构、电池性能的表征56-58
• 4.2 HNO_3处理P25粉末58-61
• 4.2.1 实验过程59
• 4.2.2 HNO_3处理后电极结构、电池性能的表征59-61
• 4.3 本章小结61-62
• 参考文献62-63
• 第五章 TiO_2纳米管薄膜电极的制备与特性研究63-74
• 5.1 TiO_2纳米管增效机理63-64
• 5.2 二氧化钛纳米管的制备机理64-65
• 5.3 实验过程65-67
• 5.3.1 TiO_2纳米管制备65-66
• 5.3.2 TiO_2纳米管电池的制备66-67
• 5.4 实验结果与讨论67-72
• 5.4.1 XRD分析68-69
• 5.4.2 BET分析69
• 5.4.3 SEM分析69-70
• 5.4.4 TEM分析70
• 5.4.5 TiO_2纳米管制备的电池与P25性能比较70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 参考文献73-74
• 第六章 总结74-76
• 致谢76-77
• 附录77

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