纳米晶氧化物电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSC电池）因为具有制备工艺简单、性能稳定，透光率和颜色可调，及可制作成柔性等优点，在学术研究和工业领域都得到了广泛的关注。本论文从如何提高DSC的稳定性和效率两方面进行了相应的研究。 用固态空穴传输物质替代液态电解质制备固态DSC电池可以解决采用液态电解质带来的封装难题，提高电池的稳定性。为了提高电荷在介孔薄膜材料中的传输和收集效率，本论文中我们在沉积有TiO2致密层的透明导电玻璃基底上采用水热方法直接生长有序TiO2纳米棒阵列。结合钌配合物染料和空穴传输材料spiro-MeOTAD制备的固态DSC电池在一个太阳光下的效率可达到2.9%。 p-n叠层DSC电池具有开路电压优势，是p-DSC电池和传统的n型电池的开路电压之和，从而有可能进一步提高DSC电池效率。p-n叠层DSC电池理论效率为43%，远远高于单电极敏化电池效率（33%）。但是目前p-n叠层DSC电池的效率只有1.91%左右。制约叠层DSC电池性能的主要原因是p-DSCs电池的效率太低。为了提高空穴在p-DSCs中的传输和收集效率，本论文中我们采用水热法制备了粒径均匀的K掺杂p型半导体ZnO纳米材料（30nm）。和常规p型NiO材料比较ZnO具有光透过率高、空穴扩散系数高（10~(-6)cm~2/s）的优点。结合C343染料制备的p-DSCs在一个太阳光下的效率为0.012%。这是ZnO首次在p-DSCs中的应用研究报道。我们利用XRD、XRF、XPS、SEM和Uv-vis光谱测量手段对p型ZnO纳米材料和膜进行了表征，并通过开路光电压衰减、暂态光电/电流压衰减、电荷收集测试、电化学阻抗测试等试验对电池体系中的空穴扩散和复合过程进行了研究。 【关键词】：新能源 染料敏化太阳能电池 二氧化钛 p型氧化锌 电荷传输
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-23
• 1.1 全球能源现状8-9
• 1.2 太阳能电池的崛起9-10
• 1.3 染料敏化太阳能电池的发展历史10-12
• 1.4 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理12-14
• 1.5 基本概念14-17
• 1.6 氧化物纳米工作电极17-18
• 1.7 染料及其他的吸光材料18-19
• 1.8 电解质和空穴导体19-20
• 1.9 对电极材料20-21
• 1.10 论文研究内容21-23
• 2 利用在导电玻璃上直接生长的有序的二氧化钛纳米棒阵列作为光阳极制备固态DSC电池23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 实验部分23-29
• 2.3 结果及分析29-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 p型K掺杂ZnO纳米颗粒的合成及其在p型DSC电池应用41-63
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-47
• 3.3 结果及分析47-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 总结与展望63-65
• 4.1 工作总结63-64
• 4.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-72
• 附录1 攻读硕士学位期间发表学术论文目录72-73
• 附录2 攻读硕士学位期间发表学术期刊目录73-74
• 附录3 攻读硕士学位期间申请专利目录74-75
• 附录4 C106和C343的分子式75-76
• 附录5 C106的核磁图76

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