染料敏化太阳能电池高效率化的研究

【摘要】：第三代新型薄膜太阳能电池由于其制作工艺简单、环境友好、成本低廉,因此是最具有发展潜力的太阳能电池之一。其中,染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSCs)是非常有发展潜力的一种新型薄膜太阳能电池。经过研究者们的长期研究和探索,目前DSCs的能量转化效率(PCE)已达到了13%。但是为了实现产业化,此类薄膜电池的性能尚待进一步提高。因此,如何提高电池的光电性能仍然是研究的热点和重点。本论文以开发高效氧化物光阳极半导体和新型高效低成本的氧化钨对电极材料及电池为目的,制备了氮、银共掺杂Ti02材料和W02.72纳米材料,将其应用于染料敏化太阳能电池中,取得了良好的光电性能；采用固相合成法合成了无毒、低成本钙钛矿材料,同样将其应用到染料敏化太阳能电池中,并对电池进行了性能优化和结构改进。首先对纳米Ti02进行氮、银共掺杂改性,研究其材料在DSCs中的应用和性能。通过湿法制备了一种高性能氮、银共掺杂改性的N-Ag-TiO2纳米晶光阳极,使DSCs的能量转换效率提高了8%以上。同时考察了银掺杂含量对N-Ag-TiO2光阳极性能的影响。结果表明,当银的掺杂含量在10%的时候,DSCs的光电转换效率最大。研究结果表明,氮、银共掺杂DSCs中表面等离子体共振吸收效应使电池光阳极对光的吸收显著增强,从而使其性能明显提高。其次开发了新型高效低成本的氧化钨对电极,从化学组成、形貌、表面结构三个重要的角度深入研究了其对催化和DSCs性能的影响机制。为了进一步降低电池的成本、提高稳定性,通过水热法成功制备了基于WO2.72材料对电极并研究了其在碘氧化还原电对电解质中的催化和DSCs性能。分别采用X射线光电子能谱(XPS)测试方法和循环伏安法(CV),对棒状纳米结构W02.72制备的对电极表面元素构成和其催化活性进行了研究。在13-/I-电解液系统中,使用该对电极的染料敏化太阳能电池(DSCs),能量转换效率达到了6.48%,远远优于W03,并已达到了Pt材料效率的85%。该结果表明WO2.72取代贵金属Pt在DSCs中作为对电极具有很大的可行性。最后,将钙钛矿材料使用到DSCs体系当中,将其制作成对电极,组装成DSCs电池并研究其光电性能,以分析这种材料在DSCs当中使用的可能性和应用前景。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 光阳极 氧化钨 对电极 钙钛矿
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 太阳能与太阳能电池8-10
• 1.1.1 太阳能基本介绍8-9
• 1.1.2 太阳能电池的分类9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池10-16
• 1.2.1 发展历史10-11
• 1.2.2 基本结构11-12
• 1.2.3 工作原理12-13
• 1.2.4 性能参数13-15
• 1.2.5 表征及测试方法15-16
• 1.3 非金属掺杂、金属掺杂、N-Ag共掺杂TiO_2在DSCs中的研究进展16-18
• 1.3.1 非金属元素掺杂改性TiO_216-17
• 1.3.2 金属元素掺杂改性TiO_217-18
• 1.3.3 非金属与金属元素共同掺杂改性TiO_218
• 1.4 氧化钨的主要性质及其在DSCs中的研究进展18-19
• 1.4.1 氧化钨的晶体结构18-19
• 1.4.2 氧化钨在DSCs中的研究进展19
• 1.5 本论文选题依据与研究内容及意义19-21
• 第二章 N-Ag共掺杂TiO_2光阳极的制作及其在DSCs中的应用研究21-27
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 药品和试剂22
• 2.2.2 N-Ag共掺杂TiO_2浆料的合成182l22
• 2.2.3 光阳极的制作和电池的组装22-24
• 2.3 基于N-Ag共掺杂TiO_2光阳极DSCs的光电性能的结果与讨论24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 WO_(2.72)纳米棒(NRBs)的合成及其在DSCs中的应用研究27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-32
• 3.2.1 药品和试剂28
• 3.2.2 WO_(2.72)纳米棒的合成28-30
• 3.2.3 WO_3纳米晶的合成30
• 3.2.4 对电极的制备与电池的组装30-32
• 3.3 结果与讨论32-36
• 3.3.1 WO_(2.72)和WO_3的性质表征32-35
• 3.3.2 基于WO_(2.72)和WO_3对电极DSCs的光电性能研究35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 钙钛矿材料对电极的制作及其在DSCs中的应用研究37-50
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验部分38-41
• 4.2.1 药品和试剂38-39
• 4.2.2 两种钙钛矿材料的合成39
• 4.2.3 钙钛矿浆料的制作39-40
• 4.2.4 对电极的制备与电池的组装40-41
• 4.3 结果与讨论41-48
• 4.3.1 钙钛矿材料对电极的性质表征41-42
• 4.3.2 基于SrFeO_3对电极DSCs的光电性能研究42-44
• 4.3.3 基于Sr2FeTiO_(5.5)对电极DSCS的光电性能研究44-47
• 4.3.4 基于Sr2FeTiO_(5.5)和氯铂酸混合对电极DSCS的光电性能研究47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 结论与展望50-52
• 5.1 结论50
• 5.2 创新点50-51
• 5.3 展望51-52
• 参考文献52-59
• 附录59-60
• 附录A 试剂缩写59
• 附录B 实验仪器清单59-60
• 致谢60-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文62-63

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