首页 > 88必威

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:28:30
热度:

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究【摘要】:染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell, DSC)是模拟自然界光合成原理的种新型光伏电池。具有理论

【摘要】:染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell, DSC)是模拟自然界光合成原理的种新型光伏电池。具有理论光电转换效率高、成本低、制作工艺简单等优点,受到了国内外研究者的广泛关注。虽然其理论光电转换效率被推测为33-36%,但是迄今为止报道的最高效率为11~13%,尚待进一步提高。很多研究者对如何提高光电转换效率进行了广泛研究。其中提高光利用率、拓宽DSC吸收光谱是提高DSC效率的重要手段之一。叠层及复合DSC作为拓宽电池吸收光谱的两种有效的方式,不仅可有效克服协同敏化存在的染料分了问不利的竞争吸附和相互作用,而且以其结构灵活多样、可获得较高开路电压(Voc)或短路电流密度(Jsc)等优点成为国际研究的前沿课题。此外,目前制约叠层DSC光电转换效率大幅提高的因素是未成功开发出高效的器件结构和近红外染料。关于复合DSC的研究报道还比较少,且具有效率不高、制作过程繁琐等不利因素,在一定程度上限制了其应用。针对目前应用于DSC的近红外染料存在的近红外光利用不允分、吸收范围窄、效率低等问题,需开发具有强、宽近红外吸收的染料。因此,本论文的研究重点是设计研究新型高效的叠层及复合DSC,探索具有强、宽近红外吸收的染料应用于DSC。 本论文首先设计构建了以下三种不同结构的叠层DSC:四电极交叉式、四电极背靠背式及三电极面对面式,系统研究了三种叠层DSC的性能、顶层及底层电池效率的影响因素。证实了叠层DSC短路电流密度及效率的叠加特件。叠层DSC中顶层电池光阳极及对电极是影响顶层电池效率的主要因素。底层电池效率则受不同结构叠层DSC透光率、顶层光阳极透光率及对电极等因素影响。叠层DSC整体效率约为顶层和底层电池效率之和。 其次设计开发了一种基于膜转移方法的新型复合DSC,对其进行了高效化、结构有效性等研究,并对染料间相互作用及Voc机理作了初步探讨。研究发现新型复合结构有效拓宽了电池的吸收光谱,其单色光光电转换效率(IPCE)及Jsc为复合光阳极两部分值的叠加,获得了11.05%的效率,充分证实了复合结构的有效性。通过光电化学性质研究分析了复合DSC获得较高Voc的原因TiO2/染料/电解质界面的背反应等。最后,将复合DSC与叠层DSC、染料协同敏化电池进行了对比,结果表明新型复合DSC具有最高的光电转换效率。这部分是本论文的核心部分,开发的复合电池为新型结构,有效实现了光谱的扩展及效率的大幅提高。 最后设计合成了四种具有不同取代基的硫代双烯镍配合物,对其进行了表征,系统研究了化合物的结构特性、热稳定性、电化学、光化学等性质。研究表明合成的硫代双烯镍配合物具有较好的热稳定性,在700~1100 nm具有较强吸收,具有较高的摩尔消光系数。取代綦效应及溶剂效应均对λmax产生影响。通过施加偏压,对硫代双烯镍配合物的各种价态进行了归属。电化学研究结果表明硫代双烯镍配合物具有良好的可逆氧化还原特性。使用密度泛函理论(DFT)计算了化合物的能级及电子云分布。将硫代双烯镍配合物应用于DSC,证实了此类近红外染料应用于DSC的可行性。 【关键词】:染料敏化太阳能电池 叠层 复合 近红外染料 硫代双烯镍
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-13
  • 引言13-14
  • 1 太阳能与太阳能电池14-25
  • 1.1 引言14-15
  • 1.2 可再生能源15-17
  • 1.3 太阳能17-22
  • 1.3.1 基本介绍17-18
  • 1.3.2 太阳光谱18
  • 1.3.3 太阳辐射和太阳常数18-19
  • 1.3.4 我国太阳能资源分布19-21
  • 1.3.5 太阳能利用现状21-22
  • 1.4 太阳能电池22-25
  • 1.4.1 太阳能电池发展简介22
  • 1.4.2 太阳能电池定义与分类22-23
  • 1.4.3 太阳能电池发展现状及趋势23-25
  • 2 染料敏化太阳能电池(DSC)25-61
  • 2.1 引言25
  • 2.2 基本结构及工作原理25-28
  • 2.3 DSC性能指标及评价方法28-32
  • 2.3.1 开路电压(Voc)28
  • 2.3.2 短路电流密度(Jsc)28-29
  • 2.3.3 光电流密度-光电压曲线(I-V)29-30
  • 2.3.4 光电转换效率(η)30
  • 2.3.5 单色光光电转换效率(IPCE)30-31
  • 2.3.6 电化学阻抗谱(EIS)31-32
  • 2.4 DSC研究总体概况32-35
  • 2.4.1 纳米半导体32-33
  • 2.4.2 电解质33-34
  • 2.4.3 对电极34
  • 2.4.4 染料34-35
  • 2.5 DSC高效化研究状况35-59
  • 2.5.1 染料协同敏化37-39
  • 2.5.2 叠层DSC39-47
  • 2.5.2.1 传统叠层DSC39-44
  • 2.5.2.2 N-P型叠层DSC44-46
  • 2.5.2.3 DSC与异种太阳能电池叠加46-47
  • 2.5.3 复合DSC47-50
  • 2.5.4 用于DSC的近红外染料50-59
  • 2.5.4.1 酞菁染料50-53
  • 2.5.4.2 菁染料53-56
  • 2.5.4.3 改进型钌染料56
  • 2.5.4.4 混合型染料56-59
  • 2.6 本论文选题依据、课题研究内容及意义59-61
  • 3 叠层DSC的设计制作及光电性能研究61-81
  • 3.1 引言61
  • 3.2 三种叠层DSC的设计与结构61-63
  • 3.3 三种叠层DSC的制作与测试63-69
  • 3.3.1 材料、试剂与仪器63-64
  • 3.3.1.1 材料63
  • 3.3.1.2 试剂63
  • 3.3.1.3 仪器63-64
  • 3.3.2 电池制作64-68
  • 3.3.2.1 导电玻璃预处理64
  • 3.3.2.2 P25浆料的制备64-65
  • 3.3.2.3 TiO_2薄膜的制备65
  • 3.3.2.4 TiO_2薄膜的敏化65-66
  • 3.3.2.5 对电极的制备66
  • 3.3.2.6 电池组装66-68
  • 3.3.3 光电性能测试68-69
  • 3.4 三种叠层DSC光电性能研究69-80
  • 3.4.1 叠层DSC的性质69-73
  • 3.4.1.1 短路电流密度、效率叠加特性研究71-73
  • 3.4.1.2 开路电压特性研究73
  • 3.4.2 顶层电池效率影响因素73-76
  • 3.4.2.1 相同结构不同光阳极的影响73-75
  • 3.4.2.2 不同结构中对电极的影响75-76
  • 3.4.3 底层电池效率影响因素76-79
  • 3.4.3.1 不同结构透光率的影响76-78
  • 3.4.3.2 不同顶层光阳极透光率的影响78
  • 3.4.3.3 不同结构中对电极的影响78-79
  • 3.4.4 叠层DSC整体效率影响因素79-80
  • 3.5 本章小结80-81
  • 4 新型复合DSC的设计制作及光电性能研究81-105
  • 4.1 引言81
  • 4.2 新型复合DSC的设计与结构81-83
  • 4.3 新型复合DSC的制作与性能测试83-87
  • 4.3.1 材料、试剂与仪器83-84
  • 4.3.1.1 材料83
  • 4.3.1.2 试剂83-84
  • 4.3.1.3 仪器84
  • 4.3.2 电极制作及电池组装84-86
  • 4.3.2.1 复合光阳极的制备84-86
  • 4.3.2.2 对电极的制备及电池组装86
  • 4.3.3 光电性能测试86-87
  • 4.4 膜转移方法制备复合光阳极87-88
  • 4.5 复合光阳极膜性能研究88-89
  • 4.6 新型复合DSC光电性能研究89-102
  • 4.6.1 叠加性质研究89-93
  • 4.6.2 高效化研究93-95
  • 4.6.3 结构有效性研究95-97
  • 4.6.4 染料间相互作用研究97-99
  • 4.6.5 开路电压研究99-100
  • 4.6.6 机理研究100-102
  • 4.7 复合DSC与叠层DSC、协同敏化电池对比分析102-104
  • 4.8 本章小结104-105
  • 5 近红外染料的开发及其应用于DSC的研究105-132
  • 5.1 引言105
  • 5.2 染料的设计合成及表征105-112
  • 5.2.1 试剂仪器105-106
  • 5.2.2 测试方法106-107
  • 5.2.3 染料应用器件组装107-108
  • 5.2.3.1 DSC的制作107
  • 5.2.3.2 近红外滤光片的制作107-108
  • 5.2.4 染料的设计与合成路线108-109
  • 5.2.5 染料的合成与表征109-112
  • 5.2.5.1 双(1,2-二苯乙烯-1,2-二硫戊杂环)镍配合物A109-110
  • 5.2.5.2 双(1,2-二对甲苯乙烯-1,2-二硫戊杂环)镍配合物B110-111
  • 5.2.5.3 双(1,2-二对甲酯基苯乙烯-1,2-二硫戊杂环)镍配合物C111
  • 5.2.5.4 双(1,2-二对羧基苯乙烯-1,2-二硫戊杂环)镍配合物D111-112
  • 5.3 结构特性112-118
  • 5.3.1 单晶结构112-117
  • 5.3.2 晶体堆积117-118
  • 5.4 热稳定性118-119
  • 5.5 光化学性质119-123
  • 5.5.1 IR119
  • 5.5.2 紫外-可见-近红外吸收光谱119-123
  • 5.5.2.1 取代基效应119-120
  • 5.5.2.2 溶剂效应120-122
  • 5.5.2.3 染料在TiO_2膜上的吸收光谱122-123
  • 5.5.3 光谱电化学123
  • 5.6 电化学123-127
  • 5.6.1 循环伏安(CV)123-126
  • 5.6.2 差示脉冲伏安(DPV)126-127
  • 5.7 密度泛函理论计算(DFT)127-128
  • 5.8 应用128-130
  • 5.8.1 DSC128-129
  • 5.8.2 近红外滤光片129-130
  • 5.8.3 近红外防伪油墨130
  • 5.8.4 应用展望130
  • 5.9 本章小结130-132
  • 结论132-134
  • 参考文献134-145
  • 附录A 名词缩写145-146
  • 附录B 试剂缩写146-147
  • 附录C 部分染料结构式147-149
  • 创新点摘要149-150
  • 作者简介150
  • 攻读博士学位期间发表学术论文情况150-154
  • 致谢154-155


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

硫化物合成及其在染敏太阳能电池中的应用    王昌云

光伏技术三十年    张存生,张纪生,程发泉

叠层太阳能电池的研究与发展    郝春云,杨明辉,杨海涛,高玲

染料敏化太阳能电池的内部阻抗分析    王富民;巩峰;李成亮;

近红外激光防护染料    杨小兵,丁松涛,杨裕生,周晓海

有机染料敏化TiO_2纳米薄膜太阳能电池研究进展    郑敏;陈一胜;

正交法优化电沉积CuInSe_2薄膜条件的研究    徐玲;刘昌龄;吴世彪;童彬;陈少华;徐立红;

新型席夫碱配合物的合成和双光子性质研究    吴杰颖,张居舟,施鹏飞,周虹屏

生物燃料进展研究    闫强;王安建;王高尚;于汶加;陈其慎;

太阳电池及其发展方向    吕建;殷洪亮;

浅析太阳电池并网发电技术    殷洪亮;吕建;

浅谈风光互补发电系统的应用    吕建;殷洪亮;

锂离子电池正极材料钴酸锂近期研制进展    闫时建,田文怀,其鲁

有机太阳能电池研究近况    赵文甲;司晶星;

光纤传输光电检测脉冲间隔与宽度双重调制    史锦珊,王莉田,王玉田

硬脂酸单层LB膜上化学沉积银膜的研究    刘恒权;姚素微;班春梅;余碧涛;张卫国;王宏智;

Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征    郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;

二种新型电源的应用需求分析    高英倩;廉志彪;王向伟;赵卫民;

Y_2O_3对LaMg_(12)型储氢合金电化学性能的影响    王敬;马兴泰;张莉;吴锋;

聚变堆低活化马氏体钢的发展    黄群英;郁金南;万发荣;李建刚;吴宜灿;

环境友好材料的研究进展    李爱菊;陈红雨;

树枝状8-羟基喹啉锌的合成和荧光性能研究    管建军;强西怀;马茶;申亮;

高分子纳米LB膜的制备及其光刻性能研究    曾国良;李铁生;许文俭;张素华;王筠;赵娜;吴养洁;

二氧化钛纳米晶染料敏化太阳电池的最新研究进展    苗青青;马廷丽;

V_3TiNi_(0.56)Cr_x(x=0.1,0.3)贮氢合金耐碱液腐蚀性能研究    刘守平;田卫国;刘仁龙;刘小军;刘志红;

复合纳米薄膜制备及其摩擦学行为研究    程广贵

淀粉/纤维素类生物质发酵联产氢气和甲烷的机理研究    谢斌飞

Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究    杭州明

锂电池电极材料的磁性及电化学性质研究    陈红

基于DPV的蓝色和白色有机发光器件及其效率滚降研究    张天瑜

二维纺锤形生色团分子的合成与光学材料的制备    张晓龙

有机电致发光器件性能改善研究    刘国强

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

四氧化三铁在有机电致发光器件中的应用研究    张丹丹

可再生能源发电政策与环境效益分析方法研究    秦湘灵

锂离子电池正极材料磷酸锰锂合成方法的研究    秦明

杂环聚合物的合成与光电性能研究    陈鑫

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

侧基横挂偶极单元的液晶聚对苯撑乙炔的合成及性质表征    王方文

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究    徐乐

非共轭D-A和A-D-A型吡啶甲酸衍生物及其环金属配合物的合成与性能研究    梁爱辉

聚合物光伏器件和染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备与研究    黄辉

(5,8-喹啉撑乙烯)与(2-甲氧基-5-辛氧基对苯撑乙烯)共聚物的合成、表征及发光性能研究    张娟娟

含氮杂环化合物的合成及4-羟基香豆素绿色生产工艺研究    阮明波

染料敏化太阳能电池中的光电极制备技术    唐笑;钱觉时;黄佳木;

阴极修饰对染料敏化TiO_2太阳能电池性能的改进    范乐庆,吴季怀,黄昀昉,林建明

形貌可控的TiO_2纳米晶的溶胶凝胶-水热法组合制备    包南;马东;孙剑;张锋;马志会;

双D-π-A结构芳胺类染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究    洪艳平

气象用太阳辐射计量仪表检定系统研究    苏拾

离子液体电解质的研制及其在染料敏化太阳能电池中的应用    赵杰

太阳能电池研究和发展现状    毛爱华

太阳能电池研究进展    梁宗存,沈辉,李戬洪

第七届欧洲光伏会议记实    王斯成;

叠层片式ZnO压敏电阻器及其在ESD保护中的应用    雷鸣;成鹏飞;李盛涛;

一种叠层结构绿光有机电致发光器件    郭法文;邓振波;

叠层结构有机电致发光器件    郭法文;邓振波;高建纲;

纤维缠绕压力容器的渐近解    钟正华,罗建辉

叠层压敏电阻器及其发展    薛泉林

无纺布织物涂层的吸波性能    朱立群;古璟;李卫平;刘慧丛;赵波;

基于叠层结构的本体异质结有机太阳电池    张馨芳;徐征;赵谡玲;张福俊;李妍;吴春瑜;陈跃宁;

采用真空镀膜制备的叠层结构有机场效应晶体管的研究    赵明;李训栓;宋长安;马朝柱;袁建挺;汪润生;李远飞;张光辉;郭晗;叶早晨;彭应全;

有机薄膜太阳电池的研究进展    王琦;王娜娜;于军胜;蒋亚东;

连续环式叠层结构膜片联轴器    王金才

一种厚耗尽层Si探测器的研制    谭继廉;卢子伟;张金霞;李存瑶;田大宇;宁宝俊;张录;

一种厚耗尽层Si探测器的研制    谭继廉;卢子伟;张金霞;李存璠;田大宇;宁宝俊;张录;

a-Si PIN/OLED图像传感显示器的设计与模拟    杨恢东;吴春亚;熊绍珍;

RIBLL终端纵向场双叠层电离室及其实验应用    陈志强;詹文龙;郭忠言;肖国青;王猛;王金川;宁振江;王全进;王建松;李加兴;王建峰;

叠层结构GaInAsSb热光伏电池的设计和优化    彭新村;李国兴;张宝林;赵晓薇;董鑫;郑伟;杜国同;

摄影术—已处理摄影材料—存储用存档包装物    

红外探测器中的异质界面和缺陷的研究    刘安生;邵贝羚;安生;刘峥;王敬;

单色及双色碲镉汞器件计算机仿真模拟    孙浩;王成刚;

双层夹心复合材料结构的横向冲击特性    江大志;

具有逆磁电效应的高性能复合磁电材料研究    焦杰;汪尧进;贾艳敏;赵祥永;罗豪甦;

陈贵清:献身唐山热土    闫瑾 赵珺

AMD发布世界速度最快的CMOS晶体管    

纳米晶体材料走出一片天空    翟阳

三井金属矿业开发出新一代高耐热性极薄铜箔    罗海基

电荷产生层对叠层有机发光器件性能影响的研究    邓艳红

高速大应变冷拔钢丝的组织和力学性能    涂益友

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究    苗青青

多场耦合层状结构的振动与波动    周云英

有机小分子太阳能电池的效率优化及衰减性研究    邹业

基于哈密顿辛对偶体系的若干梁/板结构问题研究    杨有贞

原子层淀积金属氧化物阻变存储器件研究    陈琳

轧制及反应退火制备微叠层TiB_2-TiAl复合材料板组织与性能    崔喜平

某航空材料叠层结构失效行为的跨尺度分析    李晓东

PN叠层结构热电发电器制作初步研究    王鹏飞

叠层结构有机场效应晶体管的制备与研究    赵明

异质性透明材料叠层结构服役行为的一体化研究    靳永强

界面层对CMN/CT叠层薄膜结构和介电性能的影响    刘存金

埋微带天线阵复合材料叠层结构力电性能分析    赵伟

叠层有机电致发光器件中过渡金属氧化物内部连接层的界面电子结构研究    保秦烨

微型叠层芯片的红外测温实验研究    仇风神

一种应用于有机电致发光器件的多层有机/无机薄膜叠层封装结构的初步研究    谢月

柔性透明导电薄膜的研究    纪乐春

Baidu
map