天然色素敏化TiO_2多孔膜太阳能电池的研究

【摘要】：染料敏化TiO_2纳米晶太阳能电池(DSC电池)是一种新型光电化学太阳能电池，它制作工艺简单、成本低和性能稳定，并且对环境良性，具有很好应用前景，它在太阳能电池研究上具有重要意义。研究结果在半导体光电子学、纳米多孔材料、有机固体电解质以及光电化学等方面均具有重要的科学意义。本文通过对DSC太阳能电池的各组成部分进行研究，探索了各组成部分与DSC太阳能电池的关系。优化DGC太阳能电池的结构，制备出了光电转换效率超过4％的DSC太阳能电池。 (1)分别采用TiO_2 P25纳米粉体涂膜法，分散TiO_2 P25粉体法，溶胶凝胶法和旋涂法制备了染料敏化TiO_2膜。研究了不同成膜方法，不同晶型结构以及不同前驱体对TiO_2膜光电性能的影响。得出了以P25作为前驱体，采用涂膜法获得了具有较好光电性能的TiO_2膜。以HCl、H_3PO_4、HNO_3和H_2SO_4做为酸处理剂，对TiO_2膜进行了酸处理，得到了采用0.1mol／1 HCl处理能获得好的结果。 (2)分别从植物的叶子、花和果实中提取了十四种天然色素，以此做为TiO_2膜的敏化剂，组装了DSC太阳能电池。测试了其光电性能。天然色素表现出了一定的电子转移性能，通过对十四种天然色素做比较，发现由黑米敏化的DSC太阳能电池表现出最好的光电性能，获得了55lmV的开路电压和1.124mA／cm~2的短路电流，最大理论输出功率达到了327μW，在554nm处获得了36.41％的单色光光转换效率。通过比较发现，由花中提取的花青素类天然染料表现出好的光电性能，而由叶子和果实中提取的叶绿素类和类胡萝卜素类染料的敏化性能较弱。 (3)通过采用不同的有机溶剂与KI和I_2制备DSC太阳能电池的电解质，得出了DSC太阳能电池有机电解质设计的一般原则，要求有机溶剂具有较高的介电常数和高的导电率，具有一定的分子结构，能与I~-或I_3~-生成电子复合物，KI和I_2在其中的溶剂化度高，能形成高电导率电解质溶液，沸点高不挥发。通过对以上溶剂的筛选，得出了采用丙烯碳酸酯做溶剂具有较好光电转换效果，获得了开路电压0.682V，和短路电流6.2mA的结果。 (4)分别采用真空镀膜法、热分解法和电镀法制备了铂金修饰对电极。通过对DSC太阳能电池对电极进行铂金修饰，大大提高了DSC太阳能电池的理论最大输出功率，增大了近7倍。但是不同方法制各的铂金电极性能有较大差别，采用电镀法制备的对电极具有规整表面结构，小的表面电阻以及少的杂质和缺陷含量，具有很高的催化活性。而采用真空镀膜法和热分解法制备的铂金修饰电极催化活 染料敏化纳米品TIOZ太阳能电池的研究摘要 性较低。要获得高催化活性的铂金修饰对电极，须使制备的铂修饰电极具有厚度 均匀，表面结构规整、杂质和缺陷少。 【关键词】：染料敏化 纳米多孔TiO_2膜 太阳能电池 光电性能 阴极
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• [中文摘要]4-5
• [中文关键词]5-6
• [英文摘要]6-7
• [英文关键词]7-77
• [参考文献]77-8
• 第一章 前言8-23
• 1.1 DSC太阳能电池的结构及其原理8-12
• 1.2 光电化学太阳能电池的发展史12-13
• 1.3 纳晶TiO_2膜的研究进展13-16
• 1.4 敏化染料的研究进展16-18
• 1.5 电解质研究进展18-19
• 1.6 对电极研究进展19-20
• 1.7 DSC面临的问题20-21
• 1.8 本论文的研究目的和研究内容21-23
• 第二章 DSC的制备与性能表征23-33
• 2.1 DSC的制备流程23-24
• 2.2 DSC性能测试24-25
• 2.3 DSC电池性能指标25-29
• 2.4 影响DSC太阳电池性能的因素29-33
• 第三章 二氧化钛膜对电池性能的影响33-46
• 3.1 TiO_2膜的制备方法对其光电性能的影响33-37
• 3.2酸处理对电池性能的影响37-44
• 3.3 结论44-46
• 第四章 天然色素作为DSC敏化剂的研究46-56
• 4.1 主要药品和仪器46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.3 结果与讨论47-56
• 第五章 电解质对DSC太阳能电池性能的影响56-67
• 5.1 主要试剂及仪器56-57
• 5.2 实验部分57
• 5.3 结果与讨论57-64
• 5.4 溶剂对DSC光电性能的影响64-65
• 5.5 结论65-67
• 第六章 铂修饰光阴极的制备研究67-75
• 6.1 实验部分67-68
• 6.2 结果与讨论68-73
• 6.3 结论73-75
• 第七章 总结75-87
• 附录:硕士研究生在读期间发表的论文87-88
• 致谢88

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