天然染料敏化太阳能电池的研究

【摘要】： 通过改性的溶胶-凝胶法和水热法合成了二种不同尺寸的二氧化钛粒子,将这两种二氧化钛粒子与商用的P25二氧化钛混合,制备了一种具有亚微米尺寸二氧化钛粒子,称为三元包裹型球状二氧化钛(Ternary-encapsulated spherical TiO2, TES-TiO2)。将制备的TES-TiO2通过阴极电泳沉积技术沉积在纳米晶介孔二氧化钛(Mesoporous TiO2, Meso-TiO2)涂敷的掺氟的氧化锡导电玻璃(Fluorine-doped SnO2 glass, FTO)上制备了用于染料敏化太阳能电池的双层二氧化钛电极。与双层Meso-TiO2/P25电极相比,基于Meso-TiO2/TES-TiO2电极的染料敏化太阳能电池的能量转换效率为6.49%,比Meso-TiO2/P25电极的5.94%提高了9.3%。制备的双层Meso-TiO2/TES-TiO2电极在高温煅烧时,同时引入高压电场(High-voltage electric field, HVEF)进行辅助晶化。结果,染料敏化太阳能电池的效率从6.49%变到7.05%进一步提高了8.6%。明显地,与通常应用于染料敏化太阳能电池活性层的20纳米左右的二氧化钛粒子相比,制备的具有亚微米尺寸、疏松多孔的TES-Ti02不仅增加了光散射效应,同时促进了分子染料的吸附和电解质的扩散。再者,HVEF的引入提供了更好的二氧化钛粒子之间的连接,使得电子在二氧化钛中更容易转输,避免了电荷的复合。 本论文中第一次报道了使用美人蕉、串红和龙葵提取液作为染料敏化太阳能电池光敏剂的研究。通过使用美人蕉、串红、都柿和龙葵作为敏化剂组装成的染料敏化太阳能电池能量转换效率分别为0.29%,0.26%,0.13%和0.31%。我们用傅立叶转变红外光谱和紫外-可见吸收光谱分别研究了这四种天然染料的分子结构和光学吸收,用电化学阻抗光谱分析了电池内部界面的阻抗。结果表明在以都柿为光敏剂的染料敏化太阳能电池中,界面处存在较高的阻抗。 【关键词】：天然染料 染料敏化太阳能电池 二氧化钛 电泳 高压电场
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第1章 绪论8-26
• 1.1 引言8-9
• 1.2 染料敏化太阳能电池概述9-15
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理9-12
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池性能的影响因素12-15
• 1.3 应用于染料敏化太阳能电池的半导体二氧化钛简介15-17
• 1.4 天然染料在染料敏化太阳能电池中的应用17-24
• 1.4.1 叶绿素及其衍生物18-19
• 1.4.2 黄酮类化合物19-21
• 1.4.3 单宁酸及其衍生物21
• 1.4.4 类胡萝卜素化合物21-22
• 1.4.5 萘醌类、蒽醌类、姜黄素类22-23
• 1.4.6 靛蓝类23-24
• 1.5 课题的提出及意义24-25
• 1.6 研究课题来源25
• 1.7 本课题研究的主要内容25-26
• 第2章 实验试剂、仪器及表征方法26-32
• 2.1 实验试剂及仪器26-27
• 2.1.1 实验试剂26-27
• 2.1.2 实验仪器27
• 2.2 表征方法27-32
• 2.2.1 傅立叶红外光谱27-28
• 2.2.2 紫外-可见吸收及漫反射光谱28
• 2.2.3 X-射线衍射28-29
• 2.2.4 扫描电子显微镜29-30
• 2.2.5 原子力显微镜30
• 2.2.6 Zeta电位分析30
• 2.2.7 光电性能测试30-31
• 2.2.8 交流阻抗测试31-32
• 第3章 天然染料的提取及表征32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-33
• 3.2.1 天然染料的提取过程32-33
• 3.2.2 天然染料的结构及光学性质的表征方法33
• 3.3 结果及讨论33-38
• 3.3.1 傅里叶变换红外分析33-35
• 3.3.2 紫外-可见光谱分析35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 二氧化钛工作电极的制备及表征39-61
• 4.1 引言39-40
• 4.2 实验部分40-45
• 4.2.1 介孔二氧化钛溶胶的制备40
• 4.2.2 用于阴极电泳沉积的三元包裹型二氧化钛桨料及P25桨料的制备40-42
• 4.2.3 使用阴极电泳沉积技术制备双层二氧化钛电极42-43
• 4.2.4 二氧化钛电极的高压电场辅助晶化43-44
• 4.2.5 N719染料敏化太阳能电池的组装44
• 4.2.6 二氧化钛形貌及光电性能的表征方法44-45
• 4.3 结果及讨论45-60
• 4.3.1 三元包裹型二氧化钛和P25二氧化钛带电机理分析45-46
• 4.3.2 扫描电子显微镜及原子力显微镜分析46-49
• 4.3.3 X射线衍射分析49-51
• 4.3.4 光电流-光电压曲线51-54
• 4.3.5 吸附有N719染料的双层二氧化钛电极的紫外-可见光谱分析54-55
• 4.3.6 吸附有N719染料的双层二氧化钛电极脱附染料溶液的紫外-可见光谱分析55-56
• 4.3.7 吸附有N719染料的双层二氧化钛电极扩散反射光谱分析56-58
• 4.3.8 基于双层二氧化钛的染料敏化太阳能电池的交流组抗分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 天然染料敏化太阳能电池制作及表征61-68
• 5.1 引言61
• 5.2 实验部分61-62
• 5.2.1 天然染料敏化二氧化钛电极的制作及电池的组装61
• 5.2.2 天然染料敏化二氧化钛电极光电性能的表征方法61-62
• 5.3 结果及讨论62-67
• 5.3.1 天然染料敏化太阳能电池的光电流-光电压曲线62-64
• 5.3.2 天然染料敏化太阳能电池的光电流活性光谱分析64-65
• 5.3.3 天然染料敏化太阳能电池的交流阻抗光谱分析65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-82

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