染料敏化太阳能电池的光电化学性质

【摘要】：传统产生电能的方法包括煤、石油和其他自然资源,如水、风、潮汐、地热能源。化石燃料的日益枯竭,并且燃烧后产生的有害气体,对环境产生污染。为了避免环境污染和未来的能源危机,我们必须寻找可替代的可再生能源。太阳能以其对环境友好、取之不尽、用之不竭的优势,成为最有前途的可再生能源。而对太阳能最好的利用途径就是太阳能电池,上世纪90年代,染料敏化太阳能电池(DSSCs)有了新的突破,由于成本低、制备工艺简单、转换效率高的特点,一直备受关注。 DSSCs由三部分构成,分别为光阳极(敏化好的纳米晶半导体)、电解质和对电极。任一部分都对DSSCs的光电性能有所影响。本文主要从纳米晶半导体光阳极的表面修饰和可替代铂对电极的碳材料复合对电极两方面着手,进而研究改善太阳能电池的光电性能的有效方法。 (1)本文通过Mg2+离子对ZnO纳米晶电极的表面修饰,经N719敏化,制备Mg2++修饰ZnO纳米晶电极,Mg2+的修饰有效抑制了电荷复合,进而提高了DSSCs的转换效率。结果表明,修饰后的ZnO纳米晶电极,敏化后,相对于未修饰的ZnO纳米晶电极,短路光电流和开路光电压都明显现增加。在100mW/cm2的模拟太阳光照射下,转换效率达到7.43%,未修饰电极的转换效率为5.16%,提高了44%,明显改善了太阳能电池的光电性能。 (2)碳材料复合对电极,由于成本低,还具有优良的催化活性,因而在DSSCs中有很好的应用前景。本文采用水热法合成Al掺杂的ZnO水胶体,以此作为黏合剂,制备了Al掺杂ZnO/炭黑复合对电极和Al掺杂ZnO/碳气凝胶/碳纳米管复合对电极。采用XRD和SEM分别对制备的对电极进行晶相分析和形貌观察。再通过电化学和光电化学测试手段进行电化学和光电化学性能测试。研究表明,光阳极为N719敏化的TiO2纳米晶薄膜电极,相对于铂对电极,基于Al掺杂ZnO/炭黑复合对电极的开路光电压显著提高,由0.694V到0.819V,提高了18%,Al掺杂ZnO/碳气凝胶/碳纳米管复合对电极的开路电压也明显提高,由0.675V到0.855V,提高了26.7%,电池的转换效率都仅次于Pt对电极,将来有望取代铂对电极。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 表面修饰 Al掺杂ZnO 碳对电极
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太阳能电池的分类11-12
• 1.3 DSSCs12-16
• 1.3.1 DSSCs的结构和原理12-14
• 1.3.2 DSSCs的性能参数14-16
• 1.4 DSSCs的研究进展16-24
• 1.4.1 半导体纳米晶薄膜的研究进展16-17
• 1.4.2 敏化剂的研究进展17-21
• 1.4.3 电解质的研究进展21-23
• 1.4.4 对电极的研究进展23-24
• 1.5 选题依据和研究内容24-26
• 第2章 N719敏化Mg~(2+)修饰ZnO纳米晶电极的光电性能26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 试剂与材料26-27
• 2.2.2 染料敏化纳米晶电极的制备27-28
• 2.2.3 仪器和测试方法28
• 2.3 结果与讨论28-35
• 2.3.1 纳米晶膜电极的表征28-29
• 2.3.2 纳米晶膜电极的染料吸附量29-30
• 2.3.3 入射单色光量子效率(IPCE)30-32
• 2.3.4 光电流(I_(sc))和光电压V_(oc))与光强的关系32-34
• 2.3.5 光电转化效率34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 碳材料复合对电极的制备及其应用36-52
• 3.1 Al掺杂ZnO/炭黑复合对电极的制备及其应用36-44
• 3.1.1 引言36-37
• 3.1.2 实验部分37-38
• 3.1.3 结果与讨论38-40
• 3.1.4 Al掺杂ZnO/炭黑复合对电极相关电化学性能测试40-41
• 3.1.5 Al掺杂ZnO/炭黑复合对电极光电化学性能测试41-43
• 3.1.6 小结43-44
• 3.2 Al掺杂ZnO/CAG/CNT复合对电极的制备及其应用44-52
• 3.2.1 引言44
• 3.2.2 实验部分44-46
• 3.2.3 结果与讨论46-48
• 3.2.4 Al掺杂ZnO/CAG/CNT复合对电极的相关电化学性能测试48-49
• 3.2.5 光电化学性能(Ⅰ-Ⅴ)测试49-51
• 3.2.6 小结51-52
• 第4章 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-62
• 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录62

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