染料敏化太阳能电池阳极的制备与性能研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)以其可持续发展性、环境友好性和简单的制备工艺以及低成本等优点成为世界范围内的研究热点。DSSC光电转化效率受阳极的制备方法和工艺影响甚大,优化阳极增强光吸收、减少电子复合成为研究的重点。论文研究了DSSC光阳极的制备、优化及改性。利用提拉法、水热法等制备了TiO_2光阳极,并对TiO_2进行离子(N、Al~(3+)、Ni~(2+)、Zn~(2+))掺杂改性;同时研究了ZnO光阳极的制备工艺。对相应的光阳极材料进行相结构和表面形貌表征,并测试了基于不同光阳极的DSSC光电转化性能和电化学性能。 研究表明,以TiO_2作为阳极的DSSC的电性能优于以ZnO作为阳极的DSSC。本文在170℃水热TiO_2,研磨浆料的时候不加乙酰丙酮和乳化剂OP的情况下获得了最高光电转化效率的DSSC,达6.37%;在乙酸锌与三乙醇胺的物质的量比为1:16时获得了以ZnO作阳极的DSSC中最高光电转化效率,达1.83%。 结果表明,适当厚度TiO_2致密膜能够同时提高短路电流和开路电压。适当的光阳极膜厚可以有效提高开路电压。170℃水热法制备的TiO_2光阳极具有最高的光电转化效率。N掺杂TiO_2的DSSC开路电压随着掺N量的增加而增加,短路电流密度随之先增大后减小,填充因子比未掺N的有显著提高;而金属离子Al~(3+)、Ni~(2+)、Zn~(2+)的掺杂并不能提高DSSC的性能。在强碱制备ZnO的DSSC中,片状ZnO光阳极组成的DSSC短路电流密度大,开路电压随盐碱比减小而增大。碱路径制备的电池比酸路径的短路电流密度大。弱碱制备ZnO的DSSC填充因子较大,开路电压随盐碱比减小而增大。通过复阻抗分析,以ZnO作阳极的DSSC三相界面电阻很大,因此其光电转化效率较低于TiO_2作阳极的DSSC。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 浸渍提拉 水热法 掺杂 二氧化钛 氧化锌
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 概论8-23
• 1.1 选题背景8-9
• 1.2 文献综述9-22
• 1.3 研究意义和内容22-23
• 2 实验23-32
• 2.1 TiO_2 光阳极的修饰23-26
• 2.2 水热法制备TiO_226-28
• 2.3 TiO_2 中氮的掺杂28-29
• 2.4 TiO_2 中Al~(3+)、ni~(2+)、Zn~(2+)的掺杂29-30
• 2.5 ZnO 的制备30-32
• 3 结果和分析32-58
• 3.1 X 射线衍射(XRD)分析32-36
• 3.2 形貌分析36-41
• 3.3 光电性能测试41-55
• 3.4 电化学测试55-58
• 4 结论58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 附录1 攻读硕士期间发表的论文65-66
• 附录2 DSSC 复阻抗拟合66-67

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