天然色素在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种将太阳能转换为光能的新能源发电装置，因其成本低廉，工艺简单，绿色环保及光电转换效率高等优点引起了科研工作者的广泛关注。目前DSSC的光电转换效率已超过12%，研究者还在为使转换效率更高而不懈努力。DSSC中作为敏化剂的染料，现多使用钌配位的吡啶化合物，价格昂贵，资源稀缺，且污染环境，偏离了太阳能电池绿色环保的概念。天然染料是储存于植物、动物或微生物等各种生物中的色素，具有吸收太阳光的作用。目前已将多种天然染料引入DSSC，虽然效率不高，机理不明，但其具有资源广泛，价格低廉，工艺简单，可生物降解等优点，通过多方面的研究可能发现新型染料，指导DSSC中染料的分子结构设计，或通过电池中各组件间的匹配提高电池的效率。 本文从30种植物或植物组织中提取出天然色素，用于敏化DSSC，选取三种效率较高但性质不同的天然色素：葡萄皮、山竹壳和春羽，分别从吸光性能，敏化性能和光电转换性能三方对其进行了深入探讨；研究了pH值对色素、敏化性能及光电转换性能的影响；并通过共敏化将两种染料先后敏化到阳极膜上，吸光谱叠加的方式，增大光阳极吸光范围，从而提高电池的转换效率。 （1）提取了30种天然色素。春羽、石竹、山竹壳和葡萄皮的吸光范围较宽，其中春羽的吸光范围最宽。DSSC效率最高为1.24%，最低仅为0.0777%，其余大部分效率在0.3%左右。其中山竹壳，葡萄皮，春羽三种植物的光电性能较高，η分别为1.24、0.81、0.573%。 （2）葡萄皮色素吸收480-600nm范围的蓝光和绿光，葡萄皮色素敏化后光阳极的吸光谱略有蓝移。而光阳极在390nm和510nm波长的光转换效率较高。基于葡萄皮色素敏化的DSSC的光电性能参数JSC、VOC、FF、η分别为2.14mA/cm2、0.566V、0.667、0.81%。随着pH值的增大，光阳极吸收480-600nm，波长逐渐红移，当pH值达到8时，整个吸收峰完全消失。采用稀盐酸处理阳极膜的方法，使染料与膜结合性能提高，从而达到提高效率的目的。盐酸处理后的光阳极组装的DSSC的JSC、VOC、FF、η分别为3.186mA/cm2、0.621V、0.723和1.43%，电流密度和光电转换效率分别提高了48.5%和76.5%。 （3）山竹壳吸收460nm附近波段的蓝光。光阳极的吸收比色素溶液的吸收从540nm移至470nm，明显蓝移了很多。光电性能参数JSC、VOC、FF分别为2.57mA/cm2、0.77V、0.627，光电转换效率为1.24%。色素处于pH=2的酸性环境中，保持较好的吸收性能，随着pH值升高，电池的JSC急速下降。绿色光合作用植物春羽中提取液吸收范围从300nm到500nm，还包括600-700nm的红光。然而经春羽色素敏化的阳极膜的紫外可见吸收光谱只显示了430-450nm的强吸收和600-700nm的吸收。春羽敏化后的DSSC的光电性能参数JSC、VOC、FF分别为1.42mA/cm2、0.64V、0.632、0.573%。 （4）双色素共敏化的光阳极山竹壳/春羽和山竹壳/葡萄皮两种组合的吸光范围比单敏化加宽，相当于两者的叠加。山竹壳/春羽敏化的电池中电子在阳极膜/染料/电解质界面传输的阻抗最小，结合其吸光性能，就表现为电池转换效率最高。光电转换参数JSC、VOC、FF和η分别为1.4mA/cm2、0.626V、0.84、0.738%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 天然染料 吸光光谱 pH值 共敏化
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 引言8
• 1.2 DSSC 的结构和工作原理8-10
• 1.3 DSSC 的组成10-23
• 1.4 本文研究意义及研究内容23-26
• 第2章 30种天然色素用于染料敏化太阳能电池26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 实验药品及仪器26-27
• 2.2.2 导电玻璃预处理27
• 2.2.3 光阳极的制备27-28
• 2.2.4 对电极的制备28
• 2.2.5 电解质的配制28
• 2.2.6 天然色素的制备28-29
• 2.2.7 DSSC 组装及性能测试29
• 2.3 结果分析与讨论29-39
• 2.3.1 紫外可见吸收光谱29-34
• 2.3.2 30 种天然色素敏化 DSSC 的光电性能34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第3章 葡萄皮、山竹壳、春羽三种提取液在染料敏化太阳能电池中的应用40-60
• 3.1 引言40
• 3.2 实验部分40-41
• 3.2.1 敏化剂的制备40-41
• 3.2.2 电极及电解质制备41
• 3.2.3 组装 DSSC41
• 3.3 结果分析与讨论41-58
• 3.3.1 葡萄皮色素及其在 DSSC 中的应用41-50
• 3.3.2 山竹壳色素及其在 DSSC 中的应用50-56
• 3.3.3 春羽色素及其在 DSSC 中的应用56-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第4章 双天然色素共敏化在染料敏化太阳能电池中的应用60-70
• 4.1 引言60
• 4.2 实验部分60
• 4.3 结果分析与讨论60-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 总结70-74
• 5.1 总结70-72
• 5.2 存在问题及展望72-74
• 参考文献74-82
• 致谢82-84
• 个人简介、在学期间发表的论文84

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

染料敏化纳米晶TiO_2太阳能电池研究进展    郝三存,吴季怀,黄昀昉,范乐庆

染料敏化太阳能电池阳极改性技术研究进展    于仙仙;胡志强;高岩;王一;李国;

金属离子掺杂纳米TiO_2光催化研究进展    牛新书,李红花,蒋凯

染料敏化纳米TiO_2薄膜太阳能电池的研究进展    田成邦;刘妍;毕文英;陈伟敬;

染料敏化太阳电池TiO_2光阳极研究进展    李辉;奚红霞;

染料敏化太阳能电池及TiO_2薄膜材料研究进展    李丽;张贵友;陈人杰;陈实;吴锋;

溶胶-凝胶法制备N-卤素共掺杂TiO_2可见光催化材料    盛永刚;刘华云;罗乐;任保轶;

染料敏化纳晶TiO_2太阳能电池    王桂强,傅忠君

染料敏化太阳电池中缓冲层的研究进展    党威武;

磁控溅射制备染料敏化太阳能电池氮掺杂碳膜对电极    刘姝泓;刘贵山;沈晓月;胡志强;

溶胶-凝胶及粉末法制备染料敏化太阳能电池电极材料的研究    王晓芳;侯琴;李卫平;刘慧丛;朱立群;

(PW_12/TMPyP)n/WO_3复合薄膜的制备及光电性能研究    吕玉霞;李文章;李洁;杨亚辉;陈启元;

碳改性TiO_2及其块体结构的制备与可见光活性研究    陈超

二氧化钛光催化、光敏化影响因素及机理研究    孙琼

改性纳米TiO_2光催化氧化还原性能的研究    吴树新

氧化物半导体纳米材料的制备及光学性能研究    魏慧英

TiO_2和过渡金属掺杂TiO_2薄膜电极的制备及光电化学性能研究    曹江林

染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳电池研究    韩宏伟

形貌、结构及修饰对纳米TiO_2光催化性能的影响研究    夏晓红

提高二氧化钛可见光光（电）催化活性的研究    施晶莹

染料敏化太阳能电池新型TiO_2薄膜电极的制备及性能    李胜军

原位生长掺杂TiO_2薄膜电极及其光电转换性能研究    王松

卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究    樊丽霞

多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究    周亭

复合光催化剂的制备、表征及其光催化性能研究    余小玲

硫化物掺杂TiO_2光催化剂的合成及性质研究    黄艳

Er~（+3）掺杂TiO_2电极的染料敏化太阳能电池的性究    李飞涛

纳米氧化钛粉的控制制备及染料敏化太阳能电池的研究    徐敏

用于DSSC的TiO_2纳米管阵列电极的制备及后处理改性研究    包祖国

TiO_2纳米线的制备及其在H_2O_2传感器和锂离子电池中的应用    张明

稀土掺杂转换发光材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    李庆北

染料敏化TiO_2纳米晶太阳能电池的研究    范乐庆

太阳能的特点及当前太阳能利用研究中的主要课题    

低能X射线工业CT探测器光电转换效率的研究    高富强;张小娇;周日峰;须民健;张亚琼;

改进电导增量法在提高光电转换效率中的研究    苏婷;王金梅;台流臣;

基于正交试验法TiO_2纳米薄膜的制备及光电性能的研究    丛伟;巴德纯;李江;韩恩相;

硅太阳能电池提高光电转换效率    毛宝良

日本太阳能电池光电转换效率达20%    董伟

2种三聚茚基三芳胺染料的合成及其光伏性能    梁茂;王旭达;袁颖;孙喆;薛松;

国外点滴    

阻挡层薄膜对染料敏化太阳能电池光电性能的影响    徐波;吴季怀;张秀坤;李树全;李彪;范乐庆;黄妙良;林建明;

染料敏化太阳能电池用新型共吸附剂的研究    李鑫;林红;李建保;

太阳能直拉硅片衬底中氧的热行为及其对光电转换效率的影响    任丙彦;霍秀敏;左燕;傅洪波;励旭东;许颖;王文静;赵玉文;

多金属氧酸盐对半导体光电转换效率的促进作用    许林;孙志霞;杨耀彬;

基于紫细菌天然光合色素DSSC中敏化剂的筛选与光电性能    付乔明;赵春贵;杨素萍;

一种含二并噻吩的全有机光敏材料    秦浩;王媛;许名飞;景晓燕;高飞飞;王鹏;

D-π-M-π-A铂炔配合物敏化太阳电池光伏性能研究    武文俊;郑志伟;花建丽;田禾;

噻吩基三苯胺类染料应用于染料敏化太阳能电池的研究    张明道;覃玲;杨清香;郑和根;

一种高光电转换效率的平面型聚合物太阳能电池给体材料的研究    刘倩;李翠红;薄志山;

三元氧化物基的染料敏化太阳能电池    黄礼华;魏明灯;

高光电转换效率,无衰减的太阳电池硅单晶的研制    曾世铭;冯;蒋建华;蔡岳峰;汪义川;李剑;黄治国;

塔式太阳热能发电技术    张保军;付静;赵芳红;

提高光电转换效率是光伏发电发展方向    本报记者 王婷

南通强生光电打破成本瓶颈    李治国

薄膜硅太阳能电池光电效率高    钱伯章

大面积电池光电转换效率达到5%    陈敬农

一个百分点突围“光伏寒冬”    本报记者 周洁

民企南通强生光电首家打破高成本瓶颈    胡蕙

晶龙两新产品亮相慕尼黑    牛献力　段同刚

晶龙实现首季开门红    通讯员 段同刚　王丽英 记者 蔡计锁

G苏阳光进军光伏产业    证券时报记者　 徐晓兵

染料敏化太阳能电池将用于无人机    王小龙

染料敏化太阳能电池光阳极的制备、性质和光电转换机理研究    程辉

抑制染料聚集优化染料敏化太阳能电池器件的研究    李晶

新型吡啶内盐有机光敏染料的分子设计、合成、表征及其性质研究    单益凡

芳胺染料在溴（碘）基染料敏化太阳能电池中的应用    滕超

染料敏化太阳能电池光电转换材料研究    万中全

染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的制备及改性研究    曾宪光

TiO_2纳米晶表面微结构调控及其对提高DSSC光电转换效率的作用机理研究    张继远

新型可溶液加工有机小分子材料的设计合成及光伏性能    李在房

D-π-A型有机染料的设计合成及其在染料敏化太阳能电池和金属离子识别中的应用    宋晓睿

分光谱太阳能光电转换系统研究    赵源

一种新型卟啉类敏化分子的设计及对影响其光电转换效率因素的探索    郭美沅

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

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用    王江丽

染料敏化太阳能电池的大面积化研究    汪娜

稀土掺杂转换发光材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    李庆北

斜角蒸镀二氧化钛薄膜及其改质处理在染料敏化太阳能电池中的应用    陈起静

染料敏化太阳能电池离子液体凝胶电解质的制备及性能研究    王亮

光子调制提高DSSC光电转换效率的研究    周飞云

染料电池插层磷酸锆复合电解质及光电/热电复合器件研究    韩黎

三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究    张璐