TiO_2/PW_(12)复合薄膜染料敏化太阳能电池的制备及性能研究

【摘要】：摘要：染料敏化太阳能电池(DSSC)以其优良的光电转换效率和低廉的成本在科学研究和实际应用方面成为研究热点,而二氧化钛(TiO2)纳无序堆积电子传输慢,为提高TiO2薄膜的电子传输性能和光电转换效率以及避免使用昂贵的钌系配合物染料,本论文主要研究了两步法制备TiO2复合薄膜,有机非金属吲哚类染料D102敏化的染料敏化太阳能电池性能。 1、制备PW12-TiO2粉体,PW12-TiO2和TiO2按比例称取,加入溶剂、分散剂、粘结剂、造孔剂等制备浆料,通过刮涂法得到PW12/TiO2薄膜,并通过场发射扫描电镜(FESEM)、X-射线衍射(XRD)、电化学分析等手段进行了形貌、光吸收性质及D102染料敏化后组装的太阳能电池性能的研究。研究表明：PW12-TiO2粉体为20nm颗粒,TiO2以锐钛矿为主,Keggin型磷钨酸结构保持。两步法制备的PW12/TiO2薄膜,磷钨酸的引入不改变TiO2薄膜的形貌和结构,促进了电子在薄膜内部的传输和电子空穴的分离,降低了电子在薄膜中传输阻力,提高了电池的光电转换效率。DSSC电池开路电压基本保持不变,短路电流密度有较大提高,最大短路电流密度为9.52mA cm-2,最高总能量转换效率η=3.5%,比相同条件下纯TiO2分别提高了66%和75%。 2、先制备WO3-TiO2粉体,按比例称取PW12-TiO2和WO3-TiO2粉体与TiO2,加入溶剂、分散剂、粘结剂、造孔剂等制备浆料,通过刮涂法得到PW12/WO3/TiO2薄膜,研究了薄膜的形貌、光吸收性质及组装的DSSC性能。研究表明,PW]2-TiO2和WO3-TiO2共同复合减少了电子空穴复合,降低了电子在薄膜中传输电阻,促进了电子在薄膜中的传输,提高了电子注入效率和电子收集效率。PW12/WO3/TiO2薄膜电池性能优于TiO2薄膜,最大电池短路电流密度比纯TiO2提高了约1.3倍；PW12/WO3/TiO2光电转换效率最高为5.0%,比相同条件下纯TiO2提高了1.5倍。图27幅,表8个,参考文献93篇。 【关键词】：TiO_2 复合粉体 复合 D102染料 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】：TM914.4;O611.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池结构与原理10-11
• 1.3 染料敏化太阳能电池发展及现状11-15
• 1.3.1 光阳极12
• 1.3.2 敏化染料12-14
• 1.3.3 对电极14-15
• 1.3.4 电解质体系15
• 1.4 TiO_2薄膜光阳极研究进展15-18
• 1.4.1 TiO_2纳米晶粒薄膜15-16
• 1.4.2 TiO_2一维纳米结构薄膜16
• 1.4.3 TiO_2离子掺杂薄膜16-17
• 1.4.4 TiO_2量子点敏化纳米薄膜17
• 1.4.5 TiO_2纳米复合物薄膜17-18
• 1.5 论文选题意义与研究内容18-20
• 2 实验与测试方法20-27
• 2.1 实验仪器设备、实验试剂20-21
• 2.2 FTO导电玻璃预处理21-22
• 2.3 复合粉体及TiO_2光阳极的制备22-23
• 2.4 染料敏化太阳能电池的组装23-24
• 2.5 复合粉体与TiO_2薄膜表征24-25
• 2.5.1 组成结构表征24-25
• 2.5.2 光吸收性质表征25
• 2.5.3 扫描电镜与透射电镜25
• 2.6 DSSC电池的性能测试25-27
• 2.6.1 电池的Ⅰ-Ⅴ曲线25-26
• 2.6.2 单色光光电转换效率26
• 2.6.3 交流阻抗26-27
• 3 PW_(12)/TiO_2染料敏化太阳能薄膜电池的制备及性能研究27-40
• 3.1 前言27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.2.1 PW_(12)-TiO_2粉体的制备27
• 3.2.2 PW_(12)/TiO_2薄膜的制备27-28
• 3.2.3 基于PW_(12)/TiO_2薄膜的DSSC的组装28
• 3.3 PW_(12)-TiO_2粉体和PW_(12)/TiO_2薄膜的表征28-35
• 3.3.1 PW_(12)-TiO_2粉体的表征28-32
• 3.3.2 PW_(12)/TiO_2薄膜的表征32-35
• 3.4 DSSC性能测试与分析35-39
• 3.4.1 DSSC的Ⅰ-Ⅴ曲线与分析35-36
• 3.4.2 DSSC的IPCE测试与分析36-37
• 3.4.3 DSSC的EIS测试与分析37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 PW_(12)/WO_3/TiO_2染料敏化太阳能薄膜电池的制备及性能研究40-51
• 4.1 前言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 WO_3-TiO_2粉体的制备40-41
• 4.2.2 PW_(12)/WO_3/TiO_2薄膜的制备41
• 4.2.3 基于PW_(12)/WO_3/TiO_2薄膜的DSSC的组装41
• 4.3 WO_3-TiO_2粉体和PW_(12)/WO_3/TiO_2薄膜的表征41-47
• 4.3.1 WO_3-TiO_2粉体的表征41-44
• 4.3.2 PW_(12)/WO_3/TiO_2薄膜的表征44-47
• 4.4 DSSC性能测试与分析47-50
• 4.4.1 DSSC的Ⅰ-Ⅴ曲线与分析47-48
• 4.4.2 DSSC的IPCE测试与分析48-49
• 4.4.3 DSSC的EIS测试与分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 结论51-52
• 参考文献52-60
• 攻读学位期间主要的研究成果60-61
• 致谢61

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