染料及量子点敏化太阳能电池用带状ZnO光阳极的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSC)是一种新型太阳能电池,其制作工艺简单、成本低,是硅电池的有力竞争者。然而,目前DSC存在着转换效率不高、长期稳定性差等缺点,限制了它的大规模应用。TiO_2是目前主要使用的光阳极材料,但是其表面态过多,电子迁移率较低,导致电子复合比较严重,电子传输速率较慢,成为制约电池效率提高的一个因素。 ZnO具有与TiO_2类似的能带结构和较高的电子迁移率,是一种有希望的光阳极材料。本论文尝试使用电沉积法制备了一种新型的垂直基板生长的纳米带状ZnO光阳极并将其用于DSC。纳米带结构的光阳极可以减少界面电阻,进一步提高电子传输速率。发现电沉积的制备条件对ZnO光阳极的形貌有着显著的影响,因而对DSC的光电性能也起着直接的影响。研究发现,随着电解液浓度的降低,电沉积电压、电沉积温度的升高,所得电池的性能有所提高。同时,对影响ZnO电池性能的因素如膜厚、电极形貌等进行了详细的讨论。 另一方面,ZnO会与常用的N719染料生成Zn~(2+)/dye络合物,对电池的性能有较大的影响。为了抑制Zn~(2+)/dye的生成,尝试对光阳极进行包覆以及采用量子点代替染料。发现由于包覆层的制备过程中有酸的存在,因而无法使用跟包覆TiO_2光阳极同样的方法来对ZnO光阳极进行包覆。因此本论文主要研究使用CdS量子点代替染料。讨论了敏化次数对电池性能的影响,在电沉积制备的ZnO纳米带光阳极上得到了与使用染料时相近的效率,说明量子点敏化对该ZnO光阳极是一种行之有效的敏化方式。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 量子点敏化 ZnO纳米带结构 电沉积 CdS量子点
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 引言7-22
• 1.1 选题的背景及意义7-9
• 1.2 染料敏化太阳能电池简介9-18
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构与组成9-13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理和性能参数13-18
• 1.3 含包覆层光阳极的研究现状18-19
• 1.4 ZnO 光阳极的研究现状19-20
• 1.5 量子点敏化太阳能电池的研究现状20-21
• 1.6 课题的研究目标和研究内容21-22
• 第2章 TiO_2 纳米晶太阳能电池的制备与研究22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 TiO_2 纳米晶太阳能电池的制备22-27
• 2.2.1 原料22-23
• 2.2.2 含包覆层TiO_2 染料敏化太阳能电池的制备23-26
• 2.2.3 量子点敏化TiO_2 太阳能电池的制备26-27
• 2.3 TiO_2 纳米晶太阳能电池的表征27-33
• 2.3.1 含包覆层TiO_2 染料敏化太阳能电池的表征27-31
• 2.3.2 量子点敏化TiO_2 太阳能电池的表征31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 电沉积法制备带状ZnO 光阳极34-69
• 3.1 引言34
• 3.2 带状ZnO 光阳极的电沉积法制备34-37
• 3.2.1 原料34-35
• 3.2.2 带状ZnO 光阳极的电沉积法制备35
• 3.2.3 ZnO 染料敏化太阳能电池的制备35-36
• 3.2.4 表征方法36-37
• 3.3 带状ZnO 光阳极的表征37-40
• 3.4 ZnO 光阳极的形成机理40-41
• 3.5 实验条件对ZnO 光阳极的影响41-59
• 3.5.1 电解液浓度对ZnO 光阳极的影响41-46
• 3.5.2 电沉积电压对ZnO 光阳极的影响46-53
• 3.5.3 电沉积温度对ZnO 光阳极的影响53-59
• 3.6 基于ZnO 光阳极的电池性能影响因素59-68
• 3.7 本章小结68-69
• 第4章 量子点敏化ZnO 太阳能电池的研究69-82
• 4.1 引言69
• 4.2 量子点敏化ZnO 太阳能电池的制备69-71
• 4.2.1 原料69-70
• 4.2.2 ZnO 光阳极的制备70
• 4.2.3 量子点敏化太阳能电池的制备70
• 4.2.4 表征方法70-71
• 4.3 量子点敏化ZnO 太阳能电池的表征71-81
• 4.3.1 刮涂法制备量子点敏化ZnO 太阳能电池的表征71-76
• 4.3.2 电沉积法制备量子点敏化 ZnO 太阳能电池的表征76-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第5章 结论82-84
• 参考文献84-89
• 致谢89-90
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果90

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