染料敏化太阳能电池光阳极和对电极新材料的探究
染料敏化太阳能电池光阳极和对电极新材料的探究【摘要】:染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)具有安全无毒、成本低、光电转换效率高等优点
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM914.4;TB33
【目录】:
- 致谢9-10
- 摘要10-12
- ABSTRACT12-23
- 第一章 绪论23-50
- 1.1 太阳能电池以及薄膜太阳能电池的分类25-26
- 1.1.1 硅系列太阳能电池25-26
- 1.1.1.1 单晶硅薄膜太阳能电池25
- 1.1.1.2 多晶硅薄膜太阳能电池25-26
- 1.1.1.3 非晶硅薄膜太阳能电池26
- 1.1.2 化合物半导体薄膜太阳能电池26
- 1.1.3 染料敏化太阳能电池26
- 1.1.4 有坑聚合物太阳能电池26
- 1.2 太阳能电池的组件及其构造26-27
- 1.3 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理27-31
- 1.3.1 染料敏化太阳能电池的基本结构27-28
- 1.3.2 染料敏化太阳能电池的工作原理28-30
- 1.3.3 染料敏化太阳能电池的光电转换性能评价参数30-31
- 1.4 染料敏化太阳能电池主要组成部分的性质和作用31-32
- 1.4.1 光阳极(photoanode)31-32
- 1.4.2 对电极(CEs)32
- 1.4.3 染料敏化剂(Dye)32
- 1.4.4 电解液(electrolyte)32
- 1.5 染料敏化太阳能电池电池各组成部分的研究进展32-47
- 1.5.1 光阳极的研究进展33-40
- 1.5.2 对电极的研究进展40-43
- 1.5.3 染料敏化剂的研究现状43-46
- 1.5.4 电解液的研究进展46
- 1.5.5 存在的问题和展望46-47
- 1.6 染料敏化太阳能电池的应用47-48
- 1.7 本文研究的主要内容48-50
- 第二章 染料敏化太阳能电池的制备方法与测试50-65
- 2.1 二氧化钛纳米多孔薄膜光阳极的制备50-54
- 2.1.1 浆料的制备50-51
- 2.1.2 FTO导电基底的准备51-52
- 2.1.3 四氯化钛的前处理52
- 2.1.4 印膜52-53
- 2.1.5 四氯化钛后处理53-54
- 2.1.6 染料的浸泡54
- 2.2 电解液的配制54
- 2.3 对电极的制备54-55
- 2.4 电池的组装55-56
- 2.5 染料敏化太阳能电池的性能测试方法及原理56-58
- 2.5.1 输出特性(J-V)测试56-57
- 2.5.2 单色光光子-电子转换效率测试57
- 2.5.3 暗电流测试57-58
- 2.6 实验试剂和仪器58-62
- 2.6.1 实验试剂58-61
- 2.6.2 实验设备61-62
- 2.7 材料表征与测试方法62-65
- 2.7.1 X-射线衍射XRD62
- 2.7.2 扫描电镜SEM62-63
- 2.7.3 透射电镜TEM63
- 2.7.4 紫外-可见吸收光谱(LV-VIS SPECTRA)63-65
- 第三章 两种典型的纳米晶染料敏化太阳能电池65-73
- 3.1 P25和10纳米的二氧化钛纳米晶染料敏化太阳能电池65-70
- 3.1.1 P25光阳极的电池65-67
- 3.1.2 10纳米的二氧化钛光阳极的电池67-70
- 3.2 单分散的氧化锡纳米晶染料敏化太阳能电池70-72
- 3.2.1 ~20纳米的氧化锡的制备70-71
- 3.2.2 氧化锡纳米晶光阳极电池的制备71
- 3.2.3 氧化锡纳米晶材料的TEM表征71
- 3.2.4 氧化锡纳米晶光阳极电池性能测试71-72
- 3.3 分析与讨论72
- 3.4 本章小结72-73
- 第四章 用Hot-bubbling方法合成的3.5纳米的SnO_2的复合材料在染料敏化太阳能电池中的应用73-89
- 4.1 试剂与仪器74
- 4.2 3.4纳米的氧化锡的热-气泡法(Hot-bubbling method)的合成及表征74-77
- 4.2.1 3.4纳米的氧化锡的Hot-bubbling method合成74-75
- 4.2.2 3.4纳米的氧化锡的XRD、TEM表征75-77
- 4.3 基于3.4纳米的氧化锡的SnO_2/TiO_2复合材料电池的制备77-78
- 4.3.1 基于3.4纳米的氧化锡的SnO_2/TiO_2复合材料浆料的制备77
- 4.3.2 基于3.4纳米的氧化锡的SnO_2/TiO_2复合材料光阳极的制备77-78
- 4.3.3 基于3.4纳米的氧化锡电池的组装78
- 4.3.4 基于20nm氧化锡的SnO_2/TiO_2的复合材料和P25光阳极及其电池的制备78
- 4.4 表征仪器与设备78
- 4.5 结果与讨论78-87
- 4.5.1 场发射扫描电子显微镜(SEM)分析79-80
- 4.5.2 透射电子显微镜(TEM)和高分辨率的透射电镜(HRTEM)分析80
- 4.5.3 XRD分析80-81
- 4.5.4 紫外可见吸收光谱UV-vis分析81
- 4.5.5 四探针法电阻率和霍尔效应测试81-82
- 4.5.6 N_2吸附-脱附等温线分析82
- 4.5.7 J-V曲线分析82-83
- 4.5.8 电化学交流阻抗(EIS)分析83-85
- 4.5.9 调制光电压和光电流光谱(IMPS和IMVS)分析85-87
- 4.6 本章小结87-89
- 第五章 CNTS以及PDDA/CNTS复合材料对电极的染料敏化太阳能电池89-109
- 5.1 引言89-91
- 5.2 CNTs以及PDDA/CNTs复合材料对电极的研究91-95
- 5.2.1 材料91
- 5.2.2 CNTs以及PDDA/CNTs复合材料以及Pt对电极的制备91-94
- 5.2.3 光阳极的制备94
- 5.2.4 电池的封装94-95
- 5.3 表征仪器与设备95-96
- 5.3.1 CNTs分散性的表征95
- 5.3.2 CNTs以及PDDA/CNTs复合材料的结构表征95
- 5.3.3 电池的J-V特性曲线测试95-96
- 5.3.4 电池的CV和EIS测试96
- 5.4 材料分析与讨论96-101
- 5.4.1 ZETA(ζ)电势的测试结果与分析96-98
- 5.4.2 TG和DSC测试结果与分析98
- 5.4.3 XPS测试结果与分析98-99
- 5.4.4 Raman谱和FTIR谱测试结果与分析99-100
- 5.4.5 SEM和TEM测试结果与分析100-101
- 5.5 不同材料的对电极电化学性能以及电池性能测试与分析101-104
- 5.5.1 J-V和IPCE光伏特性研究101-103
- 5.5.2 循环伏安(CV)测试103-104
- 5.5.3 EIS测试104
- 5.7 基于不同质量百分比PDDA/CNTs对电极的电池的光伏性能104-105
- 5.8 基于不同厚度的CNTs,PDDA/CNTs对电极组装的电池的光伏性能105-106
- 5.9 基于滴加法和旋涂法两种不同镀膜方法得到的PDDA/CNTs对电极电池的光伏性能106-107
- 5.10 本章小结107-109
- 第六章 总结与展望109-111
- 6.1 主要结论109-110
- 6.2 展望110-111
- 参考文献111-125
- 攻读博士学位期间发表的论文125-127
- 参与的课题127
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