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多金属氧酸盐-TiO_2复合膜在光伏器件和电致变色器件上的应用研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 03:55:37
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多金属氧酸盐-TiO_2复合膜在光伏器件和电致变色器件上的应用研究【摘要】:开发新能源和节能是环境可持续发展的两个重要方面。近年来,染料敏化太阳能电池在利用太阳能方面显示出了一定的

【摘要】:开发新能源和节能是环境可持续发展的两个重要方面。近年来,染料敏化太阳能电池在利用太阳能方面显示出了一定的潜力;而电致变色智能窗可以通过改变外电压来改变它的透过率,以此来调节室内的光线和热量。在建筑节能领域中这种先进的调光玻璃显示了极大的经济效益。多金属氧酸盐(多酸)是一类具有纳米结构的金属氧簇,有着独特的结构和电化学性能,它在染料敏化太阳能电池和电致变色智能窗方面有极大地应用潜力。在这篇论文中,通过三种不同的方法制备了多酸-TiO_2复合膜,即:层接层法、溶胶-凝胶-丝网印刷法和电沉积法。根据复合膜不同的性能,将其成功的应用于高性能染料敏化太阳能电池和电致变色智能窗中。并对带有多酸-TiO_2复合膜的器件的性能做了全面的测试。 1、利用LBL法制备的H3PW_(12)O_(40)(PW_(12))-TiO_2薄膜作为染料敏化太阳能电池的新型界面层。以多酸基薄膜为界面层的电池的性能做了J–V曲线测试、暗电流测试、开路电压衰减测试和单色光转化效率测试。多酸基的界面层有加速电子流动,抑制暗电流的作用。相比于没有界面层的电池,光电转化效率有54%的提升;相比与进行TiCl4水溶液前处理的电池,效率有20%的提升。 2、利用溶胶-凝胶法制备的PW_(12)/TiO_2复合物,并与P25混合,利用丝网印刷法制备的薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极。在染料敏化太阳能电池中,多酸可以起到减小电子复合、延长电子寿命的作用。利用PW_(12)/TiO_2复合物作为阳极的电池性能比纯P25作为阳极的电池有明显提高。转化效率有22.8%的提升。利用电化学阻抗和开路电压衰减法测试了多酸在光阳极中起的作用。 3、开发在多孔TiO_2基底上电沉积多酸阴离子的方法。并以其作为电致变色智能窗的电致变色电极。这种方法具有简单、快速、易操作、低成本等优点。利用此方法制备的[NaX_5W_(30)O_(110)]n–(X=P, n=14; S, n=9)基电致变色智能窗表现出以下优势:褪色态透光性好、光学反差高、良好的长期稳定性和高的着色效率。 4、利用电沉积方法将不同结构的多酸沉积到多孔TiO_2基底上,探索多酸结构与电致变色性能的关系。Wells–Dawson结构的多酸K6[P2W18O62]14H2O (P2W18)和它的单缺位衍生物K_(10)[P_2W_(17)O_(61)]20H_2O (P_2W)_(17))被成功的应用于电致变色智能窗。P2W17基电致变色智能窗在620nm处最大有93.1%的光学反差、着色时间0.90s、着色效率205.3cm2C–1。由于二者结构上的差异,P2W18基电致变色智能窗的性能稍差,其在646nm处的最大光学反差为48.7%、着色时间为0.97s、着色效率为176.8cm2C–1。并且二者均有良好的长期稳定性。更重要的是,我们首次研究了P2W17在不同电压下的近红外电致变色性质。在多酸基电致变色智能窗中,P2W17基智能窗有着最佳的性能。 【关键词】:多金属氧酸盐 复合膜 染料敏化太阳能电池 电致变色智能窗
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB383.2;TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第一章 序言9-48
  • 1.1 多金属氧酸盐的简介9-13
  • 1.1.1 多酸的基本结构9-10
  • 1.1.2 多酸基功能材料的制备与应用10-13
  • 1.2 开发利用新能源的重要手段——染料敏化太阳能电池13-28
  • 1.2.1 染料敏化太阳能电池(Dye sensitized–Solar Cell,DSSC)的简介13
  • 1.2.2 染料敏化太阳能电池的结构及电子传输机制13-15
  • 1.2.3 评价染料敏化太阳能电池的重要参数15-16
  • 1.2.4 在 DSSC 中常用材料的简介16-20
  • 1.2.5 优化染料敏化太阳能电池阳极的进展20-28
  • 1.3 节能领域的重要技术——电致变色智能窗28-37
  • 1.3.1 电致变色现象和电致变色器件的工作原理28-29
  • 1.3.2 评价电致变色智能窗的重要参数29-30
  • 1.3.3 常见的无机电致变色材料及变色机理30-33
  • 1.3.4 制备电致变色薄膜的主要方法33
  • 1.3.5 多酸基的电致变色材料的研究进展33-37
  • 1.4 选题依据和目的37-38
  • 1.5 试剂和仪器38-39
  • 1.5.1 试剂38
  • 1.5.2 仪器38-39
  • 参考文献39-48
  • 第二章 有加速电子流动和减少电子复合功能的多金属氧酸盐基染料敏化太阳能电池界面层的制作48-59
  • 2.1 引言48
  • 2.2 实验部分48-49
  • 2.2.1 带有(PW_(12)/TiO_2)n界面层阳极的制作48-49
  • 2.2.2 电池的组装49
  • 2.3 结果与讨论49-55
  • 2.4 本章小结55-56
  • 参考文献56-59
  • 第三章 多金属氧酸盐/TiO_2复合物在染料敏化太阳能电池光阳极上的应用59-69
  • 3.1 引言59
  • 3.2 实验部分59-60
  • 3.2.1 溶胶–凝胶法制备PW_(12)/TiO_2复合物59-60
  • 3.2.2 TiO_2浆料的制备及电池的组装60
  • 3.3 结果与讨论60-65
  • 3.4 本章小结65-66
  • 参考文献66-69
  • 第四章 利用新型电沉积方法制作高性能多酸基电致变色智能窗69-82
  • 4.1 引言69-70
  • 4.2 实验部分70
  • 4.2.1 电致变色电极的制作70
  • 4.2.2 智能窗的组装70
  • 4.3 结果与讨论70-78
  • 4.4 本章小结78-79
  • 参考文献79-82
  • 第五章 基于不同结构多酸的高性能可见–近红外电致变色智能窗82-100
  • 5.1 引言82-83
  • 5.2 实验部分83
  • 5.2.1 电致变色电极的制备83
  • 5.2.2 智能窗的组装83
  • 5.3 结果与讨论83-95
  • 5.4 本章小结95-96
  • 参考文献96-100
  • 结论100-101
  • 致谢101-102
  • 在学期间公开发表论文及著作情况102


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