TiO_2/WO_3复合光阳极的制备及染料敏化太阳能电池性能研究

【摘要】：摘要：染料敏化太阳能电池(DSSC)制作工艺简单,价格低廉,具有潜在的高光电转换效率,成为太阳能电池领域研究的热点。半导体薄膜是影响DSSC性能的关键材料之一,改善薄膜材料对提高DSSC效率意义重大。TiO2因其低成本、性能稳定,是目前研究得最多的半导体薄膜材料,但其电子易复合限制了电池性能进一步提升。为解决这一问题,探索提高DSSC光电性能的新途径与方法,本文利用电子传输性能优良的半导体WO3和电子受体磷钨酸(PTA)与Ti02复合,以减少TiO2光阳极电子的复合,有效改善电子传输性能,从而提高电池光电转换效率 本文分别采用溶液法和溶胶凝胶法制备了WO3颗粒和PTA-TiO2复合颗粒(PT),再将所制备的产物以一定比例与P25、去离子水、分散剂、乳化剂、造孔剂等配制成TiO2混合浆料,利用简单的刮涂法分别成功制备出WO3/TiO2、PTA/WO3/TiO2复合薄膜电极。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里变换叶红外光谱(FT-IR)、X-射线能谱分析(XPS)以及紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱进行表征分析。结果表明PTA与Ti02成功复合,所制备的PT颗粒以锐钛矿型为主,粒径8-12nm；所制备的W03属于单斜晶相,粒径35～50nm。WO3与PT的引入,对TiO2薄膜电极的主要晶型并无影响,而且几乎不影响薄膜的光吸收性能。 在上述基础上,用复合TiO2薄膜电极吸附N719染料作为工作电极,I3/I-氧化还原对为电解质,铂电极为对电极,组装成染料敏化太阳能电池,通过Ⅰ-Ⅴ曲线、单色光光电转换效率(IPCE)、交流阻抗(EIS)的测试来研究复合对电池性能的影响。研究表明,WO3、PTA能有效降低薄膜电极内部传输电阻,减少光生电子的复合,提高光电转换效率。WO3/TiO2复合薄膜电极所组装的电池,性能最佳达到Voc=0.62mV,Jsc=12.10mA/cm2,n=4.65%。PTA/WO3/TiO2复合薄膜电极所组装的电池效率得到进一步提高,最高效率达到了4.94%,相比纯P25薄膜电极提高了39.5%。 【关键词】：二氧化钛 三氧化钨 磷钨酸 多孔薄膜光阳极 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O611.4;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 太阳能与太阳能电池10-13
• 1.1.1 太阳能的开发和利用10-11
• 1.1.2 太阳能电池11-13
• 1.2 染料敏化太阳电池13-17
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构组成13-15
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理15-16
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的光电性能评价16-17
• 1.3 TiO_2多孔薄膜特性与制备方法17-20
• 1.3.1 TiO_2多孔薄膜材料特性17-18
• 1.3.2 TiO_2多孔薄膜制备方法研究进展18-20
• 1.4 TiO_2多孔薄膜电极的改性研究进展20-23
• 1.4.1 TiO_2光阳极非金属元素掺杂20-21
• 1.4.2 TiO_2光阳极金属元素掺杂21
• 1.4.3 TiO_2光阳极半导体复合21-22
• 1.4.4 TiO_2光阳极表面修饰与包覆22
• 1.4.5 TiO_2光阳极多金属氧酸盐改性22-23
• 1.5 本课题研究目的与意义23-25
• 第二章 实验与测试方法25-31
• 2.1 实验仪器及设备25
• 2.2 实验试剂25-26
• 2.3 FTO导电玻璃清洗26
• 2.4 实验制备方法及电池组装26-29
• 2.4.1 WO_3粉体的制备26-27
• 2.4.2 PTA-TiO_2复合粉体的制备27-28
• 2.4.3 TiO_2多孔薄膜的制备28
• 2.4.4 PTA/WO_3/TiO_2复合薄膜的制备28-29
• 2.4.5 染料敏化太阳能电池的组装29
• 2.5 粉体及薄膜材料表征29-30
• 2.5.1 X射线衍射分析29
• 2.5.2 扫描电子显微镜29-30
• 2.5.3 高分辨透射电子显微镜30
• 2.5.4 紫外可见漫反射测试30
• 2.5.5 傅里叶变换红外光光谱分析30
• 2.5.6 X-射线光电子能谱分析30
• 2.6 电池性能测试30-31
• 2.6.1 Ⅰ-Ⅴ特性曲线测试30
• 2.6.2 交流阻抗测试(EIS)30
• 2.6.3 单色光光电转换效率测试(IPCE)30-31
• 第三章 WO_3/TiO_2复合光阳极的制备及DSSC光电性能研究31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验方法32-33
• 3.2.1 WO_3粉体的制备32
• 3.2.2 TiO_2多孔薄膜电极的制备32
• 3.2.3 WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的制备32
• 3.2.4 染料敏化太阳能电池的组装32
• 3.2.5 WO_3粉体的表征32-33
• 3.2.6 WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的表征33
• 3.2.7 染料敏化太阳能电池光电性能测试33
• 3.3 结果与讨论33-41
• 3.3.1 WO_3粉体的结构与形貌表征33-35
• 3.3.2 WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的结构与形貌表征35-37
• 3.3.3 WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的XPS分析37
• 3.3.4 WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的光学性能表征37-38
• 3.3.5 染料敏化太阳电池的Ⅰ-Ⅴ曲线测试38-39
• 3.3.6 染料敏化太阳电池的IPCE测试39-40
• 3.3.7 染料敏化太阳电池的EIS测试40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 PTA/WO_3/TiO_2复合光阳极的制备及DSSC光电性能研究42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 实验方法42-43
• 4.2.1 PTA-TiO_2复合粉体的制备42-43
• 4.2.2 PTA/WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的制备43
• 4.2.4 染料敏化太阳能电池的组装43
• 4.2.5 PTA-TiO_2复合粉体的表征43
• 4.2.6 PTA/WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的表征43
• 4.2.7 染料敏化太阳能电池光电性能测试43
• 4.3 结果与讨论43-52
• 4.3.1 PTA-TiO_2复合粉体的表征43-46
• 4.3.2 PTA/WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的结构与形貌表征46-48
• 4.3.3 PTA/WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的XPS分析48-49
• 4.3.4 PTA/WO_3/TiO_2复合多孔薄膜电极的光学性能表征49
• 4.3.5 染料敏化太阳电池的Ⅰ-Ⅴ曲线测试49-51
• 4.3.6 染料敏化太阳电池的IPCE测试51-52
• 4.3.7 染料敏化太阳电池的EIS测试52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 结论54-55
• 参考文献55-67
• 攻读学位期间主要研究成果67-68
• 致谢68

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

分散介质对多孔TiO_2光阳极性能的影响    田研;蒲健;池波;陈尧;李箭;

溶胶-凝胶法制备TiO_2凝胶的影响因素及方法改进    杨依隆;辛秀兰;胡代强;秦省军;

TiO_2系薄膜型氧敏材料的研究与发展综述    李岩,徐明霞,徐艳姬,田玉明,徐廷献

Preparation and Photocatalytic Property of Porous TiO_2 Film with Net-like framework    

纳米TiO_2光催化剂固定化技术研究进展    罗东卫;程永清;秦华宇;

分子氧为氧化剂磷钒酸盐为催化剂超深度氧化脱除柴油中的二苯并噻吩    唐南方;赵小平;蒋宗轩;李灿;

有机酸修饰水基sol-gel法制备TiO_2纳米薄膜    李谦,祝迎春,张治军,华贲

纳米二氧化钛薄膜的制备技术    胡巧青;朱光明;孔德鹏;吕方;

染料敏化太阳能电池光阳极及其敏化研究进展    王青;夏咏梅;何祖明;李新丽;乜伟;徐莺歌;

提高TiO_2光催化处理废水效率的研究进展    刘莹;杨毅华;刘守信;

TiO_2膜结构调控及葡萄糖传感性能    蒙萌;吕玲红;庄伟;邬新兵;徐律;陆小华;

介孔二氧化硅材料的合成、形貌控制、组装及其性能研究    金红晓

二氧化钛表面杂多酸和氟离子修饰对吸附和光催化降解有机物的影响    吕康乐

杂多酸/介孔氧化硅纳米复合材料的制备、改性及其催化氧化脱硫性能    颜学敏

掺杂TiO_2薄膜的制备、表征及性能    张向超

基于多酸材料的合成表征及其在燃油氧化脱硫中的应用    张铭

含Cu化合物异质结构的制备及光催化产氢活性研究    李丽坤

V_2O_5-WO_3/TiO_2及其F掺杂催化剂的制备、脱硝特性与应用研究    张舒乐

铜和锡改性纳米TiO_2的制备及其光催化降解三氟羧草醚效能    辛柏福

基于二氧化钛/氧化锌光催化剂的新型能量储存和转换体系的研究    张丽莹

两种掺杂半导体材料的制备及光催化性能研究    丁双

半导体材料改性与染料敏化太阳能电池组装与性能测试    张坤峰

复合型光催化剂H_3PW_（12）O_（40）/TiO_2光催化降解孔雀石绿与对硝基苯胺的研究    刘瑞

TiO_2薄膜的制备及其MIT特性研究    王兰兰

染料敏化太阳能电池碳对电极的研究    卫艳双

杂多酸的固定化设计与性能研究    彭晨凤

多孔氧化钛薄膜的制备与结构及氧敏性能的研究    李岩

纳米复合结构二氧化钛光催化薄膜    张高洁

NO_x吸附—分解催化新体系构建及过程特性研究    宋淑美

磷钨酸/环氧体系的阳离子开环聚合和光致变色研究    吴起立

TiO_2纳米薄膜的制备及其光电特性的研究    孙鹏

利用丝网印刷技术制备纳晶多孔TiO_2薄膜电极    陈增;林原;王正平;周晓文;

染料敏化太阳电池研究进展    孔凡太;戴松元;

TiO_2/WO_3纳米粉体的制备及其光催化性能    刘华俊;

非晶态TiO_2/WO_3光催化复合薄膜的失活与再生    黄佳木;蔡小平;赵培;李璐;

TiO_2/WO_3复合光催化薄膜的制备及其抗菌性能的探讨    陈铭夏;曹铃林;上官文峰;