染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备与优化

【摘要】：价格低廉、制备简单及光电转换效率高的染料敏化太阳能电池（简称DSSC）已经开始走向市场。全面商业化的关键是如何进一步提高电池的光电转换效率。多孔二氧化钛（TiO2）光阳极只能对波长小于387nm的紫外光进行吸收，而其表面吸附的明星染料N719也仅能吸收太阳光中300~800nm范围内的光谱，但太阳光中大部分红外和紫外区域的光并没有被利用起来。因而，如果可以把这部分的光利用起来，对电池光电转换效率的提升必然有重大意义。 本文通过TiCl4水解法制备TiO2纳米大颗粒，利用XRD、SEM、BET对TiO2纳米大颗粒进行了表征分析，并摸索了制备染料敏化太阳能电池的方法。 通过溶剂热法和均相共沉淀法分别制备出了热电材料Bi2Te3纳米晶和发光粉Gd2O3:Tb3+纳米晶，利用XRD、SEM、TEM、EDS等手段对其进行表征分析。然后分别加入染料敏化太阳能电池的吸附层中，组装成新型的DSSC，并优化其掺杂量，得到最佳值。同时在Gd2O3:Tb3+优化后的掺杂量上，调节Gd32O3:Tb+中不同的Tb3+摩尔百分比对电池效率提升进行了优化。测试结果如下: 1）当电池吸附层中的Bi2Te3占Bi2Te3和TiO2总质量的0.89%时，电池的光电转换效率最大。在模拟太阳光（AM1.5）照射下，效率达到了4.78%，比传统电池提高了8.39%。 2）当吸附层中Gd2O3:Tb3+（5%）掺杂量达到Gd与Ti原子比10:100时，电池的光电转换效率最大，在模拟太阳光（AM1.5）的照射下，达到5.48%，比传统的电池提高了24.3%。 3）选择Tb3+摩尔百分比分别为5%、10%和15%的发光粉Gd2O3:Tb3+，按Gd与Ti原子比10:100分别掺杂，并优化。结果发现，在模拟太阳光（AM1.5）的照射下，掺入Gd2O3:Tb3+10%的电池的光电转换效率达到5.90%，比传统的电池提高了33.79%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 Bi32Te3 Gd2O3:Tb+ 光谱吸收范围
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 太阳能电池研究综述11-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池12-23
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池结构、工作原理与测试参数12-15
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池结构及材料15-23
• 1.4 选题背景与研究内容23-24
• 第二章 TiO_2纳米大颗粒制备与染料敏化太阳能电池的组装24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 实验试剂与设备24-26
• 2.3 实验部分26-27
• 2.4 实验结果与分析27-31
• 2.5 小结31-32
• 第三章 热电材料 Bi_2Te_3掺杂电池的改性32-42
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验药品与设备34-35
• 3.3 实验部分35
• 3.4 实验结果与分析35-39
• 3.5 小结39-42
• 第四章 发光粉 Gd_2O_3:Tb~(3+)及其电池掺杂42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 实验药品与设备42-43
• 4.3 实验部分43-44
• 4.4 实验结果与分析44-50
• 4.5 小结50-52
• 第五章 总结与展望52-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62

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