染料敏化太阳能电池TiO_2光阳极材料制备与特性研究

【摘要】：作为第三代纳米晶太阳能电池的典型代表,染料敏化太阳能电池因其巨大的应用潜力,一经出现便成为国内外学者的关注焦点,有望取代传统太阳能电池成为未来解决能源危机的重要手段。Ti02光阳极材料是染料敏化太阳能电池的主体和重要组成部分,不断提高Ti02光阳极材料的性能、降低成本是目前的研究热点。本论文从Ti02光阳极微观结构研究入手,使用不同的方法制备和调控合成出具有不同形貌的TiO2光阳极材料,并将其应用到染料敏化太阳能电池中,分析并研究了所制备Ti02光阳极材料与电池性能的关系,探索能够有效提高染料敏化太阳能电池性能的Ti02光阳极材料微观结构调控手段。首先采用旋涂法制备了多孔Ti02光阳极材料,并结合自行提取的麦冬天然染料组装染料敏化太阳能电池,并与常用溶胶-凝胶法制备的Ti02光阳极材料和成熟商业染料对了对比,探索了可能影响探索影响染料敏化太阳能电池光电性能的组装工艺要素。实验结果表明旋涂法制备的Ti02光阳极材料和所提取的染料是高效且成本低廉的,为染料敏化太阳能电池的发展提供了新思路。同时也总结出了合适的染料敏化太阳能电池装配工艺。在此基础上,利用水热法制备了纳米棒状的Ti02光阳极材料,并通过控制相同条件下的二次水热生长时间的方法,方便的实现了Ti02光阳极材料表面形貌的可控合成与规律性演变。采用研究初期探索出的装配工艺组装了染料敏化太阳能电池,研究了TiO2光阳极材料表面形貌与染料吸附以及电池性能之间的关系。实验结果表明单纯的提高材料比表面积并不一定能够有效的提高电池性能,材料还应符合一定的形貌特征。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 二氧化钛光阳极 材料制备 微观结构 表面形貌 光电特性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章绪论10-16
• 1.1 论文研究背景10-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池工作原理12-13
• 1.3 染料敏化太阳能电池光阳极材料研究进展13-14
• 1.4 本论文研究内容与意义14-16
• 第二章 染料敏化太阳能电池性能评价指标与相关表征方法16-22
• 2.1 染料敏化太阳能电池性能评价指标16-18
• 2.1.1 电流密度-电压(J-V)曲线16-17
• 2.1.2 填充因子(FF)17
• 2.1.3 光电转换效率(η)17-18
• 2.2 相关表征方法18-22
• 2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)18-19
• 2.2.2 X射线衍射(XRD)19-20
• 2.2.3 原子力显微镜(AFM)20
• 2.2.4 吸光度测量20
• 2.2.5 J-V特性测量20-22
• 第三章 技术路线分析与实验准备22-25
• 3.1 技术路线分析22-23
• 3.1.1 光阳极材料制备方法选择22
• 3.1.2 染料敏化太阳能电池电解液、敏化剂、对电极及组装方式选择22-23
• 3.2 实验准备23-25
• 3.2.1 电解液的配置23-24
• 3.2.2 敏化剂的提取与配置24
• 3.2.3 对电极的制备24-25
• 第四章 多孔TiO_2光阳极材料制备及其特性研究25-33
• 4.1 引言25
• 4.2 实验部分25-27
• 4.2.1 主要试剂材料与仪器25
• 4.2.2 多孔TiO_2光阳极材料旋涂制备25-26
• 4.2.3 染料敏化太阳能电池组装26
• 4.2.4 测试与表征26-27
• 4.3 结果分析与讨论27-32
• 4.3.1 多孔TiO_2光阳极材料微观形貌与结构特性27-29
• 4.3.2 敏化剂吸光度特性29
• 4.3.3 染料敏化太阳能电池J-V特性29-32
• 4.4 本章小结32-33
• 第五章 TiO_2光阳极材料可控形貌合成及其特性研究33-42
• 5.1 引言33
• 5.2 实验部分33-35
• 5.2.1 主要试剂材料和仪器33
• 5.2.2 TiO_2光阳极材料水热合成33-34
• 5.2.3 TiO_2光阳极材料的表面形貌调控34
• 5.2.4 染料敏化太阳能电池组装34
• 5.2.5 测试与表征34-35
• 5.3 结果分析与讨论35-41
• 5.3.1 TiO_2光阳极材料水热合成中形貌调控的微观特性35-39
• 5.3.2 基于可控形貌TiO_2光阳极材料染料敏化太阳能电池J-V特性39-41
• 5.4 本章小结41-42
• 第六章 总结与展望42-43
• 参考文献43-48
• 致谢48-49
• 攻读硕士学位期间的成果及获得的奖励49-51
• 附件51

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