首页 > 学术论文

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:04:52
热度:

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用【摘要】:太阳能是一种清洁能源,它取之不尽、用之不竭,可以帮助人类有效解决能源和环境等问题。太阳能电池是将太阳能转变为电能的光电化学器件,得

【摘要】:太阳能是一种清洁能源,它取之不尽、用之不竭,可以帮助人类有效解决能源和环境等问题。太阳能电池是将太阳能转变为电能的光电化学器件,得到了广泛的研究。目前,掀起了对第三代太阳能电池—染料敏化太阳能电池(DSSC)的研究热潮,其光电转换效率已经超过了12%。如何进一步提高DSSC的光电转换效率并降低它的成本是众多科研工作者努力的目标,也是亟待解决的问题之一。提高DSSC光电转换效率的措施有很多,常见的有优化电池的结构,比如寻找和制备新型的n-型半导体、合成新染料、制备新的电解质等;扩大染料的光谱吸收范围。目前,在众多用于DSSC的染料中,最好的染料通常也只能吸收300–800nm范围的光,因而致使很大波长范围内的红外光和紫外光没有得到有效的利用。如何充分利用太阳光,对DSSC转换效率的提高有着重要的意义和研究价值。 本文分别以氟化钇、氧化钇为基质,通过高温煅烧法、水热-煅烧法和水热法制备了三种不同的稀土发光粉,并将其添加到DSSC中,利用上下转换发光的作用,提高了电池对光的吸收及电池的光电流。同时,三价稀土离子的加入也导致了DSSC中光阳极平带电势的负向移动和费米能级的提高,提高了DSSC的开路电压。因此,稀土发光粉的加入提高了DSSC的光电转换效率。 (1)通过高温煅烧法制备了Er~(3+)和Yb~(3+)共掺杂的YF3:(Yb~(3+), Er~(3+))上转换发光粉。将其添加到了DSSC中,提高了红外光的利用率和电池的光电流。同时,三价稀土离子的P-型掺杂作用,提高了DSSC的开路电压。在100mW·cm~(-2)(AM1.5)的模拟太阳光下,当YF3:(Yb~(3+), Er~(3+))的掺杂量为7wt.%时,电池的光电转换性能最佳,光电转换效率达到了7.90%,比掺杂前提高了35%。在红外光照射下(33mW·cm~(-2)),光电转换效率从原来的0.055%提高到了0.226%。 (2)采用水热-煅烧法制备了Y2O3:Er~(3+)纳米棒状上转换发光粉,并将其引入到了DSSC中。通过测试该发光粉的XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED、EDS、激发光谱和发射光谱等,研究了它的物相、形貌特征和光学性能等。通过改变发光粉的添加量,研究了DSSC的性能随Y2O3:Er~(3+)掺杂量的改变而变化的情况。结果表明,当Y2O3:Er~(3+)的加入量为5wt.%时,DSSC的光电转换效率最大,达到了7.004%,比未掺杂的提高了20%。在33mW·cm~(-2)的红外光照射下,光电转换效率从原来的0.055%提高到了0.168%。 (3)采用水热法,制备了下转换发光粉YF3:Eu~(3+),以提高DSSC的稳定性和对紫外光的利用率。当YF3:Eu~(3+)在DSSC中的掺杂量为5wt.%的时候,电池的性能最佳,光电转换效率最大。在100mW·cm~(-2)的模拟太阳光下,光电转换效率从5.841%提高到7.741%,提高了32%。在紫外光(24mW·cm~(-2))照射下,光电转换效率从原来的0.373%提高到了0.557%。 【关键词】:染料敏化太阳能电池 稀土氟化物 稀土氧化物 上下转换P-型掺杂
【学位授予单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要3-5
  • Abstract5-10
  • 第1章 绪论10-24
  • 1.1 引言10-11
  • 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理11-12
  • 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构11
  • 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理11-12
  • 1.3 染料敏化太阳能电池中的光阳极12-13
  • 1.4 染料敏化太阳能电池中的染料分子13-14
  • 1.5 染料敏化太阳能电池中的电解质14-15
  • 1.6 染料敏化太阳能电池中的对电极15-16
  • 1.7 稀土发光材料16-22
  • 1.7.1 稀土发光材料简介16
  • 1.7.2 稀土发光材料的基质16-21
  • 1.7.3 稀土发光材料的激活剂21
  • 1.7.4 稀土发光材料的敏化剂21-22
  • 1.8 本论文的研究目的及研究内容22-24
  • 第2章 染料敏化太阳能电池的制备与表征24-30
  • 2.1 DSSC 各部分的制备和组装24-25
  • 2.1.1 导电玻璃的预处理24
  • 2.1.2 光阳极的制备24
  • 2.1.3 电解质的配制24
  • 2.1.4 敏化剂24-25
  • 2.1.5 对电极的制备25
  • 2.1.6 DSSC 的组装25
  • 2.2 染料敏化太阳能电池的性能测试25
  • 2.3 染料敏化太阳能电池的性能指标25-28
  • 2.3.1 开路电压和短路电流26
  • 2.3.2 填充因子26-27
  • 2.3.3 总光电转换效率27
  • 2.3.4 DSSC 的 I-V 特性曲线27
  • 2.3.5 TiO2膜的平带电势和饱和电流密度27-28
  • 2.4 DSSC 的性能测试及其表征28
  • 2.4.1 X-射线(XRD)衍射分析28
  • 2.4.2 样品形貌的观察28
  • 2.4.3 荧光光谱分析28
  • 2.4.4 I-V 特性曲线的测量28
  • 2.4.5 DSSC 的平带电势和饱和电流密度的测量28
  • 2.5 主要的实验仪器和药品28-30
  • 2.5.1 主要的实验仪器28-29
  • 2.5.2 主要的实验药品29-30
  • 第3章 YF3:(Yb3+,Er3+)在染料敏化太阳能电池中的应用30-44
  • 3.1 引言30
  • 3.2 实验部分30-32
  • 3.2.1 TiO2胶体的制备30-31
  • 3.2.2 上转换发光粉 YF3:(Yb3+, Er3+)的制备31
  • 3.2.3 上转换发光电极的制备31-32
  • 3.2.4 DSSC 的组装及其光电性能测试32
  • 3.3 结果与讨论32-42
  • 3.3.1 YF3:(Yb3+, Er3+)发光粉的 XRD 图32-33
  • 3.3.2 YF3:(Yb3+, Er3+)发光粉的光学性能33-35
  • 3.3.3 TiO2膜的 Mott-Schottky 曲线和电流-电压曲线35-38
  • 3.3.4 YF3:(Yb3+, Er3+)发光粉的加入对 DSSC 光电性能的影响38-42
  • 3.4 本章小结42-44
  • 第4章 Y2O3:Er3+纳米棒在染料敏化太阳能电池中的应用44-58
  • 4.1 引言44
  • 4.2 实验部分44-45
  • 4.2.1 TiO2胶体的制备44
  • 4.2.2 Y2O3:Er3+纳米棒的制备44-45
  • 4.2.3 上转换发光电极的制备45
  • 4.2.4 DSSC 的组装及光电性能测试45
  • 4.3 结果与讨论45-56
  • 4.3.1 Y2O3:Er3+发光粉的 XRD 图谱45-46
  • 4.3.2 Y2O3:Er3+发光粉的形貌分析46-47
  • 4.3.3 Y2O3:Er3+发光粉的光学性能47-50
  • 4.3.4 TiO2膜的 Mott-Schottky 曲线和电流-电压曲线50-52
  • 4.3.5 Y2O3:Er3+发光粉的加入对 DSSC 光电性能的影响52-56
  • 4.4 本章小结56-58
  • 第5章 YF3:Eu3+在染料敏化太阳能电池中的应用58-69
  • 5.1 引言58
  • 5.2 实验部分58-59
  • 5.2.1 TiO2胶体的制备58
  • 5.2.2 下转换发光粉 YF3:Eu3+的制备58-59
  • 5.2.3 下转换发光电极的制备59
  • 5.2.4 DSSC 的组装及光电性能测试59
  • 5.3 结果与讨论59-68
  • 5.3.1 YF3:Eu3+发光粉的 XRD 图59-60
  • 5.3.2 YF3:Eu3+发光粉的光学性能60-62
  • 5.3.3 TiO2膜的 Mott-Schottky 曲线和电流-电压曲线62-64
  • 5.3.4 YF3:Eu3+发光粉的加入对 DSSC 光电性能的影响64-68
  • 5.4 本章小结68-69
  • 第6章 总结69-72
  • 参考文献72-82
  • 致谢82-84
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果84-85


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

铂修饰光阴极及其在纳晶太阳能电池中的应用    郝三存,吴季怀,林建明,黄昀昉

染料敏化太阳能电池固态电解质    秦达;郭晓枝;孙惠成;罗艳红;孟庆波;李冬梅;

一种高效染料敏化太阳电池电解质添加剂    兰章;吴季怀;林建明;黄妙良;

添加剂对染料敏化太阳电池电解质性能的影响    史成武;葛茜;李兵;桃李;刘清安;

染料敏化太阳能电池对电极的研究进展    李国;胡志强;高岩;刘敬肖;刘贵山;

染料敏化太阳能电池对电极的研究进展    尹艳红;许泽辉;冯磊硕;杨书廷;李承斌;

碳材料在太阳能电池对电极中的研究进展    张娓娓;刘贵山;胡志强;郑传柯;颜世博;

溶胶-凝胶法制备发光薄膜现状(英文)    林君,于敏,逄茂林,周永慧,韩秀梅,张洪杰

染料敏化太阳能电池的发展    李品将;李清华;徐波;李彪;

掺P25水热法制备纳晶多孔TiO_2薄膜电极    张秀坤;吴季怀;李树全;徐波;李彪;李品将;兰章;黄妙良;林建明;范乐庆;

浸渍提拉法修饰阳极对DSSC性能的影响    陈尧;池波;刘军;蒲健;李箭;

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;

Ho~(3+)上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用    李树全;林建明;吴季怀;张秀坤;李彪;徐波;

染料敏化太阳能电池基础研究及产业化新进展    孙惠成;罗艳红;李冬梅;孟庆波;

不同电解质对I_3~-/I~-在染料敏化太阳电池Pt对电极上反应机理的研究    汤英童;潘旭;戴松元;张昌能;胡林华;孔凡太;

可磁分离的COFe_2O_4/MWCNTs光催化性能    熊攀;付永胜;汪信;

无敏化TiO_2太阳能电池研究    丁士文;王琳;田超;李兰芬;

新型可见光催化剂的合成和催化性能研究    郭建峰

DMFC和DSSC的化学增强与光辅助增强催化    王耀琼

光催化法去除室内空气中有机污染物的研究    张前程

高压静电纺丝法构筑功能一维纳米材料并研究其性质    王海鹰

染料敏化太阳能电池中PEG基体聚合物电解质和低铂负载量对电极研究    李品将

三苯胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    裴娟

基于PAA-PEG热固性凝胶电解质的准固态染料敏化太阳能电池研究    兰章

离子液体电解质的研制及其在染料敏化太阳能电池中的应用    赵杰

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

掺杂钙钛矿型复合氧化物光吸收特性的研究    朱少坤

半导体材料的电沉积制备及其光电性能研究    陈科立

凝胶聚合物电解质的制备、改性及其在DSSC中的应用    陈小花

长余辉与二氧化钛协同作用光催化材料的研究    姜琳

纳米TiO_2可控制备及其光催化性能研究    邓安平

金属酞菁敏化太阳能电池性能研究    朱静燕

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

染料敏化太阳能电池碳对电极的研究    卫艳双

染料敏化太阳能电池光阳极和固态电解质性能的研究    章康平

阴极修饰对染料敏化TiO_2太阳能电池性能的改进    范乐庆,吴季怀,黄昀昉,林建明

染料敏化太阳电池电解质    郭磊;潘旭;戴松元;

一维纳米材料在染料敏化太阳电池中的应用    盛显良;刘娜仁;翟锦;安丽平;

铂电极上吸附芳香分子的表面增强红外光谱研究    严彦刚;徐群杰;蔡文斌;

联吡啶钌络合物敏化钠晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究    杨蓉,王维波,肖绪瑞,侯原军,张宝文,曹怡

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO_2纳晶太阳电池    李维盈,康俊杰,李学萍,方世璧,林原,王桂强,肖绪瑞

准固态染料敏化太阳电池的制备与性能研究    李清华;康世杰;吴季怀;林琳;张婷婷;兰章;

1-甲基-3-己基咪唑碘的合成及在染料敏化太阳电池中的应用    史成武;葛茜;邱治国;李兵;韩士奎;

光栅减反层太阳能电池光电转换效率的研究    钟慧;高永毅;周仁龙;周并举;唐立强;吴伶锡;李宏建;

太阳能电池的原理及种类    许伟民;何湘鄂;赵红兵;冯秋红;

新颖奇特的电池    周文斌

CdS/Cu_2O太阳能电池的制备及膜厚对光电性能的影响    邓玉荣;欧阳珉路;杨帆;熊良斌;

国外电力    

化学太阳能电池    黄昀昉,吴季怀

染料敏化太阳能电池的研究进展    赵俊锋;陈建华;

日本染料敏化太阳能电池最新研究动向    林红,李建保

我国铟硒太阳能薄膜电池研发取得关键突破    李家鸣;

大粒径TiO_2反射层对染料敏化太阳能电池性能改进    张秀坤;吴季怀;范乐庆;黄妙良;林建明;

锌卟啉敏化太阳能电池性能:从头算非绝热动力学研究    王晶辉;何荣幸;齐丹;

有机染料锚数对染料敏化太阳能电池性能的影响    尚会霞;罗艳红;孟庆波;占肖卫;

量子点敏化太阳能电池研究进展    刘铭;杨君友;冯双龙;朱虎;

量子点敏化太阳能电池--新材料的设计、制备及器件研究    李冬梅;罗艳红;孟庆波;

太阳能电池表面纳米微结构研究    李美成;

高效CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池    张全新;李冬梅;罗艳红;孟庆波;

高效染料钠晶TiO_2太阳能电池    黄昀昉;吴季怀;林建明;黄妙良;

CuInS_2量子点的水相合成及其在敏化太阳能电池中的应用    胡星;张全新;黄小铭;李冬梅;罗艳红;孟庆波;

太阳能电池输出特性的分析及检测    张海波;

太阳能电池应用    孟昭渊;

染料敏化太阳能电池将用于无人机    王小龙

天津铜铟镓硒太阳能电池组件制成    耀文

提高太阳能电池效率有新法    记者 毛黎

晶龙模式:让创新“跑赢”市场    段同刚 撰稿

河北晶龙太阳能电池三期工程奠基    段同刚 王丽英

中小太阳能浆料企业艰难突围    实习记者 徐生权 孙文昀 本报记者 王峻峰

将液晶制造设备应用于薄膜电池有助于降低生产线投资    哈尔滨克罗拉太阳能电力有限公司副总经理 李瑞武

晶龙集团与世界顶尖高手过招    通讯员 段同刚 王丽英 记者 张计友

赛维LDK首期太阳能电池生产线投产    记者 徐国平 通讯员 廖淑艳

我太阳能电池研究获重大进展    李宏乾

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

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究    苗青青

In_2S_3、TiO_2/In_2S_3纳微结构薄膜的制备及其光电化学性质研究    张丽娜

新型卟啉—苝酰亚胺分子阵列的合成及光电性能研究    王福玲

分光谱太阳能光电转换系统研究    赵源

芳胺染料在溴(碘)基染料敏化太阳能电池中的应用    滕超

二氧化钛纳米片基染料敏化太阳能电池的制备    范佳杰

量子点敏化太阳能电池:制备及光电转换性能的改进    宋鑫

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

新型光敏剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    高俊雄

稀土发光材料在染料敏化太阳能电池中的应用    王江丽

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

叠层荧光集光太阳能光伏器件的性能模拟和优化    耿俊杰

染料敏化太阳能电池的大面积化研究    汪娜

多骈芳环基窄带隙共轭聚合物的合成及光电性能研究    任侠

应用于染料敏化太阳能电池芳胺类染料的设计与合成    杨翠翠

CuO薄膜的制备及其光伏特性研究    张春萍

含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究    陈华杰

TiO_2/CdS复合薄膜光电极的制备及其光电特性研究    冷艳