染料敏化太阳能电池光阳极致密层的研究

【摘要】：致密层对染料敏化太阳能电池（DSSC）光电性能的提高具有重要的意义。致密层的引入可以抑制导电基底上电子与电解液中I-3的电子复合。本论文是针对染料敏化太阳能电池光阳极材料致密层TiO2、ZnO的制备及性能的研究。 研究了TiO2致密层的两种制备方法：以钛酸丁酯为前驱体的水热反应合成TiO2粒子并配置成溶胶制备TiO2致密层和以月桂胺盐酸盐为形貌控制剂的溶胶凝胶法直接合成TiO2溶胶制备TiO2致密层。通过比较两种方法的实验流程、所得TiO2致密层的形貌及所制成DSSC的光电转化性能，证明了该溶胶凝胶法可制得含有粒径8～10nm的锐钛矿型TiO2粒子的溶胶，且该溶胶均匀透明，利于旋涂法制膜。所得TiO2薄膜致密平整，具有良好的阻挡导电基底与电解液直接接触的作用。溶胶凝胶法制备致密层工艺简单，无需高温高压，且效果突出，得到的TiO2致密层具有良好的抑制电子复合和改善TiO2连接性的作用。制备三层TiO2致密层的染料敏化太阳能电池短路电流密度和光电转化效率分别提高了15.1%和25.6%。 采用溶胶凝胶法分别制备ZnO、TiO2溶胶并旋涂制得含有三层底部ZnO致密层和两层TiO2致密层的复合致密层，引入该种ZnO/TiO2致密层的染料敏化太阳能电池短路电流密度、开路电压及光电转化效率分别提高了15.3%、3.7%和29.6%。通过电化学性能测试如交流阻抗测试、开路电压衰减测试及电池暗电流测试，进一步明确了致密层对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 致密层 界面电子复合 电化学分析
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文献综述7-19
• 1.1 引言7-8
• 1.2 染料敏化太阳能电池（DSSC）8-12
• 1.2.1 DSSC 的发展8-9
• 1.2.2 DSSC 的结构、工作原理及相关参数9-12
• 1.2.2.1 DSSC 的结构9-10
• 1.2.2.2 DSSC 的工作原理10-11
• 1.2.2.3 DSSC 的相关参数11-12
• 1.3 DSSC 中的电子复合反应12-17
• 1.3.1 多孔 TiO_2电极/电解液界面电子复合13-14
• 1.3.2 导电基底/电解液界面电子复合14-17
• 1.3.2.1 TiO_2致密层研究进展15-16
• 1.3.2.2 ZnO 致密层研究进展16-17
• 1.3.2.3 其他致密层17
• 1.4 本课题的研究意义与内容17-19
• 第二章 DSSC 的制备过程及性能的表征19-26
• 2.1 实验材料及相关测试设备19-20
• 2.1.1 实验药品与原料19-20
• 2.1.2 实验设备20
• 2.2 DSSC 的制备工艺流程20-24
• 2.2.1 具有致密层光阳极的制备20-23
• 2.2.2 光阳极贴膜23
• 2.2.3 电解液配制23-24
• 2.2.4 DSSC 的组装24
• 2.3 DSSC 性能测试24-26
• 2.3.1 光电转化性能24
• 2.3.2 电化学阻抗谱24
• 2.3.3 开路电压衰减24-25
• 2.3.4 电池暗电流测试25-26
• 第三章 TiO_2致密层的制备及对 DSSC 性能的影响26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 含 TiO_2致密层光阳极的制备26-30
• 3.2.1 水热法生成 TiO_2致密层粒子26
• 3.2.2 溶胶凝胶法制备 TiO_2溶胶26-27
• 3.2.3 两种制备方法的结果讨论27-30
• 3.3 TiO_2致密层的最佳层数30-31
• 3.4 最优化 DSSC 的电化学分析31-35
• 3.4.1 光电转化性能31-32
• 3.4.2 交流阻抗分析32-33
• 3.4.3 开路电压衰减分析33-34
• 3.4.4 暗电流分析34-35
• 3.5 小结35-36
• 第四章 复合致密层的制备及对 DSSC 性能的影响36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 ZnO 致密层36-39
• 4.2.1 ZnO 溶胶粒子36-37
• 4.2.2 含 ZnO 致密层 DSSC 的光电转化性能37-39
• 4.3 ZnO/TiO_2复合致密层39-45
• 4.3.1 ZnO/TiO_2复合致密层中 TiO_2致密层的最佳层数39-40
• 4.3.2 具有最优化复合致密层 DSSC 的结果讨论40-45
• 4.3.2.1 光电转化效率41-42
• 4.3.2.2 复合致密层的作用机理42-45
• 4.4 小结45-47
• 第五章 结论及展望47-49
• 5.1 结论47
• 5.2 展望47-49
• 参考文献49-54
• 发表论文和参加科研工作情况54-55
• 致谢55

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