ZnO反蛋白石结构的制备及在染料敏化太阳能电池中应用

【摘要】：作为新型的太阳能电池，染料敏化太阳能电池（DSSC）因其原料成本低，制备工艺简单而引起人们的广泛关注，竞争优势较强。怎样提高它的光电转换效率也是人们最为关注的问题。光子晶体是一种折射率周期性变化的介质结构材料，具有光子禁带和色散特性，对光具有很强的控制能力。其特有的光学性能，通过探索制备大面积ZnO反蛋白石光子晶体，应用到染料敏化太阳能电池的电极结构中，研究其对电池效率的影响。 本文主要借助实验室在光子晶体制备方面的成熟经验，采用自组装排列胶体晶体法制备不同粒径的胶体晶体模板，并且采用电化学沉积的方法，填充模板缝隙。采用合理的烧结工艺，去除胶体晶体模板，得到所需的ZnO反蛋白石光子晶体。研究ZnO有序多孔结构的光学性质、带隙特征以及表面形貌。把ZnO反蛋白石光子晶体应用到染料敏化太阳能电池电极结构中，研究其对电池效率的影响。取得的成果如下： 1.利用垂直沉积法在FTO导电玻璃上自组装不同粒径的胶体晶体模板，得到厚度适中，性能均一稳定的结构； 2.利用电化学沉积法填充了胶体晶体模板，摸索合适的沉积电势和沉积时间，得到了大面积高填充率而又无覆盖的的ZnO反蛋白石光子晶体结构，分析了不同沉积环境对光子晶体结构的影响；并进行了部分TiO2反蛋白石光子晶体的制备， 3.利用实验制备的反蛋白石光子晶体，进行染料敏化太阳能电池的组装，探究了带隙位置的不同对电池效率的影响，对于相关结构作为电极组装DSSC的相关工艺进行了有益的探索。 【关键词】：光子晶体 氧化锌 电沉积 染料敏化
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;TQ132.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 前言8-23
• 1.1 选题背景8-10
• 1.2 光子晶体10-18
• 1.2.1 光子晶体分类及应用10-14
• 1.2.2 光子晶体的制备14-15
• 1.2.3 蛋白石光子晶体制备方法15-16
• 1.2.4 反蛋白石光子晶体制备方法16-18
• 1.3 光子晶体应用于染料敏化太阳能电池18-21
• 1.3.1 应用机理18-20
• 1.3.2 应用现状20-21
• 1.4 文主要内容及研究意义21-23
• 1.4.1 课题的提出与意义21-22
• 1.4.2 论文的主要内容22-23
• 第2章 胶体晶体模板的制备与表征23-35
• 2.1 自组装制备胶体晶体23-24
• 2.2 实验设计24-25
• 2.3 实验过程25-26
• 2.4 实验结果及讨论26-34
• 2.4.1 宏观形貌26-27
• 2.4.2 微观表面形貌27-31
• 2.4.3 胶体晶体膜板厚度31-32
• 2.4.4 微球浓度对模板质量的影响32
• 2.4.5 温度与微观结构的关系32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 电化学沉积法制备氧化锌反蛋白石光子晶体35-52
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验过程36-40
• 3.2.1 电化学方法36
• 3.2.2 锌电解液特征36-37
• 3.2.3 阶跃电势分析37-39
• 3.2.4 沉积时间及烧结温度39-40
• 3.2.5 表面修饰40
• 3.3 实验结果及讨论40-50
• 3.3.1 光学照片及带隙测定40-42
• 3.3.2 晶相分析42-43
• 3.3.3 反蛋白石结构结构表征43-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 溶胶凝胶法制备 TiO2反蛋白石光子晶体52-59
• 4.1 引言52
• 4.2 制备工艺52-53
• 4.2.1 TiO2溶胶制备52-53
• 4.2.2 胶体晶体模板填充53
• 4.2.3 烧结温度曲线53
• 4.3 实验结构及影响因素53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 染料敏化太阳能电池的组装59-63
• 5.1 引言59
• 5.2 实验内容59-60
• 5.2.1 实验设计59-60
• 5.2.2 电池组装及测试60
• 5.3 测试结果60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 结论63-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73

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