钨掺杂二氧化钛及其染料敏化太阳能电池研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型光伏电池,其制作工艺简单,成本低,并且对环境无污染,因此具有良好的应用前景。纳米晶TiO2薄膜是DSSC的一个重要组成部分。本文通过把W掺杂到TiO2中,改良TiO2的光电性能,从而使DSSC的能量转化效率提高。本文主要研究内容有以下两点： 1.W掺杂纳米TiO2的合成与表征 本文通过溶胶-凝胶法合成了六种W掺杂TiO2纳米粒子,其中,W与Ti的摩尔比分别为0.1%,0.2%,0.5%,1%,2%和5%。通过XRD、UV、SEM和TEM等手段对W掺杂Ti02纳米粒子进行了表征,研究结果表明,W掺杂既没有改变Ti02纳米粒子的尺寸,也没有改变TiO2的晶型。和未掺杂的TiO2一样,所合成的六种W掺杂TiO2都是锐钛矿晶型,颗粒直径约20 nm。 2.DSSC的组装和测试 通过研究W掺杂量对DSSC性能的影响,发现W掺杂可以显著提高短路光电流。当W与Ti的摩尔比为0.2%时,DSSC的性能最佳,在AM 1.5(100 mW/cm2)模拟太阳光照射下,短路光电流为15.9 mA／cm2,开路光电压为0.55 V,填充因子为0.59,能量转化效率为5.1%。与未掺杂TiO2的DSSC相比,短路光电流和能量转化效率分别提高了15%和21%。我们认为W掺杂可以降低二氧化钛的导带边,有利于电子注入,从而使得光电转化效率(IPCE)最大可以提高16%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2 薄膜 溶胶-凝胶 钨 掺杂
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10
• 1.2 太阳能电池概述10-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池12-22
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理12-14
• 1.3.2 纳米晶TiO_2半导体电极14-17
• 1.3.2.1 纳米晶TiO_2的性质和特点14-15
• 1.3.2.2 纳米晶TiO_2薄膜的制备方法15-17
• 1.3.3 敏化剂17-19
• 1.3.4 电解质19-22
• 1.3.4.1 液态电解质20
• 1.3.4.2 固态电解质20-21
• 1.3.4.3 准固态电解质21-22
• 第二章 实验与测试方法22-25
• 2.1 实验原料与设备22-23
• 2.1.1 实验原料22
• 2.1.2 实验仪器22-23
• 2.2 表征使用仪器与测试方法23-25
• 2.2.1.XRD分析23
• 2.2.2 SEM分析23
• 2.2.3 TEM分析23
• 2.2.4 台阶仪测试23
• 2.2.5 紫外-可见光(UV-VIS)光谱分析23
• 2.2.6 电流-电压的测量23-24
• 2.2.7 IPCE24-25
• 第三章 W掺杂TiO_2的合成与表征25-31
• 3.1 钨酸的制备25
• 3.2 W掺杂TiO_2纳米胶体的制备25-27
• 3.3 结果与讨论27-30
• 3.3.1 XRD结果分析27-29
• 3.3.2 TEM扫描分析29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 W掺杂TiO_2纳米薄膜的制备与表征31-36
• 4.1 W掺杂TiO_2纳米薄膜的制备31-32
• 4.2 结果与讨论32-34
• 4.2.1 SEM扫描分析32-34
• 4.2.2 紫外-可见光谱的测试34
• 4.3 本章小结34-36
• 第五章 染料敏化太阳能电池的组装及性能测试36-51
• 5.1 染料敏化太阳能电池的性能与测试指标36-38
• 5.1.1 光电转化效率36
• 5.1.2 I-V曲线36-38
• 5.2 染料敏化太阳能电池的组装38-39
• 5.2.1 导电玻璃的清洗38
• 5.2.2 染料溶液的配制38
• 5.2.3 TiO_2膜的制备38
• 5.2.4 电池的组装38-39
• 5.3 染料敏化太阳能电池性能的测试39-49
• 5.3.1 W掺杂TiO_2薄膜系列组装电池的性能测试39-43
• 5.3.2 W掺杂量为0.2%的TiO_2薄膜厚度对太阳能电池性能的影响43-47
• 5.3.3 不同电解液对DSSC的影响47-49
• 5.4 本章小结49-51
• 第六章 结论51-52
• 参考文献52-58
• 攻读学位期间论文发表情况58-59
• 致谢59

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