改性纳米TiO_2及硫电解液用于敏化太阳能电池的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSC)作为一种新型太阳能的有效利用方式得到世界的广泛关注,这种电池制作工艺简单,成本低,不污染环境,具有高效稳定的优点,应用前景广阔。 本论文采用高压水热法制备了纳米Ti02及Zr02掺杂的纳米Ti02多孔膜电极,以本组自制有机染料TH305和近红外染料HY103作为敏化剂对其进行光敏化。组装成双波段叠层染料敏化太阳能电池,详细研究了电池的光电转换性能,获得了11.5%的光电转换效率。采用电化学方法得到了纳米Ti02及Zr02掺杂的纳米Ti02多孔膜电极的平带电位,通过肖特基方程拟合出ZrO2-TiO2电极的平带电位为-0.62V。 本论文采用高压水热法制备了纳米Ti02及MgO掺杂的纳米Ti02多孔膜电极,以有机染料TH305作为敏化剂进行光敏化,对其光电性质进行了研究。当MgO和Ti02的摩尔比为1:99时,复合电极的光电性能达到最佳,获得了8.21%的光电转换效率,相似条件下参比染料N719得到了7.91%的光电转换效率。采用电化学方法得到了纳米Ti02及MgO掺杂的纳米Ti02多孔膜电极的平带电位,通过肖特基方程拟合出MgO-TiO2复合电极的平带电位为-0.54V。 本论文采用一种新的硫基氧化还原电对((CH3)4N)2S/((CH3)4N)2Sn作电解液,应用于CdS量子点敏化纳米Ti02太阳能电池,采用巯基乙酸(TGA)做稳定剂,反应在纯有机相中进行,获得了3.2%的光电转换效率和89%的填充因子。采用电化学方法测试了硫电解液的氧化还原电位,从理论上解释了CdS量子点敏化太阳能电池用硫电解液获得高电压和高填充因子的原因。 本论文采用化学浸渍法制备了CoS对电极,以TH305染料做敏化剂,用硫电解液组装成电池,结合电化学阻抗光谱,详细研究了电池的光电转换性能,获得了5.24%的光电转换效率。 【关键词】：双波段叠层染料敏化太阳能电池 量子点敏化太阳能电池 硫电解液
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 太阳能及太阳能电池的研究进展11-18
• 1.1 前言11-12
• 1.2 可再生能源的利用12
• 1.3 太阳能简介12-18
• 1.3.1 太阳与太阳能12-13
• 1.3.2 太阳常数和大气质量数13-14
• 1.3.3 中国的太阳能资源14-15
• 1.3.4 太阳能电池的发展和分类15-16
• 1.3.5 太阳能利用的方式16-18
• 2 敏化太阳能电池18-38
• 2.1 引言18-19
• 2.2 染料敏化太阳能电池19-23
• 2.2.1 染料敏化太阳能电池的结构和机理19-21
• 2.2.2 叠层染料敏化太阳能电池21-23
• 2.3 量子点敏化太阳能电池23-24
• 2.4 宽带隙半导体多孔电极24-31
• 2.4.1 纳米TiO_2的性质和结构25-26
• 2.4.2 纳米TiO_2的制备方法26-28
• 2.4.3 纳米TiO_2光电极的修饰改性28-31
• 2.5 光敏染料31-34
• 2.5.1 金属配合物染料32-34
• 2.5.2 纯有机染料34
• 2.6 电解质34-36
• 2.7 对电极36
• 2.8 展望和选题依据36-38
• 3 电池的组装、测试与化合物性质的测试方法38-44
• 3.1 引言38
• 3.2 电池的组装与测试方法38-43
• 3.2.1 试剂、材料与仪器38-39
• 3.2.2 染料敏化太阳能电池的组装39-40
• 3.2.3 电池的光伏性能测试40-42
• 3.2.4 电池的单色光光电转换效率谱测试42-43
• 3.2.5 电化学阻抗测试43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 改性纳米TiO_2的制备及表征44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 改性纳米TiO_2半导体材料的制备44-45
• 4.2.1 纳米TiO_2半导体材料的制备44
• 4.2.2 ZrO_2掺杂纳米TiO_2半导体材料的制备44
• 4.2.3 MgO掺杂纳米TiO_2半导体材料的制备44-45
• 4.3 改性纳米TiO_2半导体材料的表征45-49
• 4.3.1 ZrO_2掺杂纳米TiO_2半导体材料的基本表征45-47
• 4.3.2 MgO掺杂纳米TiO_2半导体材料的基本表征47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 染料敏化改性纳米TiO_2太阳能电池的光电性能研究50-65
• 5.1 引言50
• 5.2 纳米TiO_2和ZrO_2掺杂纳米TiO_2电极的光电性能研究50-54
• 5.2.1 纳米TiO_2和纳米ZrO_2-TiO_2电极的光伏性能研究50-52
• 5.2.2 纳米TiO_2和纳米ZrO_2-TiO_2电极的平带电位研究52-54
• 5.3 纳米TiO_2和MgO掺杂纳米TiO_2电极的光电性能研究54-59
• 5.3.1 纳米TiO_2和纳米MgO-TiO_2电极的光伏性能研究54-57
• 5.3.2 纳米TiO_2和纳米MgO-TiO_2电极的电化学性能研究57-59
• 5.4 双波段叠层染料敏化太阳能电池的光电性能研究59-64
• 5.4.1 双波段叠层染料敏化太阳能电池的光电性能表征59-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 高效CdS量子点敏化的太阳能电池光电化学研究65-74
• 6.1 引言65
• 6.2 实验部分65-67
• 6.2.1 实验用化学试剂65
• 6.2.2 电极的制备方法65-67
• 6.3 Ti_02/TGA/CdS复合电极的光电性能67-72
• 6.3.1 Ti_02/TGA/CdS-3复合电极的光伏性能67-70
• 6.3.2 Ti_02/TGA/CdS-3复合电极的电化学性能70-72
• 6.4 Cds敏化纳米Ti02_提高薄膜光电转换性能机理72-73
• 6.5 本章小结73-74
• 7硫电解液应用于纯有机染料敏化太阳能电池对电极的研究74-79
• 7.1 引言74
• 7.2 实验部分74-75
• 7.2.1 实验用化学试剂74
• 7.2.2 电极的制备74-75
• 7.3 硫电解液应用于CoS对电极的染料TH305敏化太阳能电池的光电性能75-78
• 7.3.1 硫电解液应用于COS对电极的染料TH305敏化太阳能电池的光伏性能76-77
• 7.3.2 硫电解液应用于COS对电极的染料TH305敏化太阳能电池的电化学性能77-78
• 7.4 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-91
• 附录91-93
• 创新点摘要93-94
• 作者简介94
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况94-96
• 致谢96-97

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