二氧化钛空心球的制备及其在染料太阳能电池上的应用

【摘要】： 利用太阳能光伏发电是能源利用不可逆转的潮流。光伏产业是目前发展最快的产业。过去五年中,世界光伏电池产业以平均40%的速度稳定增长,这是比IT行业发展还快的产业。降低发电成本和提高光电转换效率是目前光伏产业迫切需要解决的两个问题。染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)自从1991年以来一直是科学家和工业界研究的热点。由于该电池制备方法简单,价格低廉,被视为未来最有希望的电池。同时,怎样提高染料敏化纳米晶太阳能电池的稳定性和光电转换效率是关乎该电池实际应用前景的重大课题。基于目前国内外染料敏化纳米晶电池的研究现状,结合业已成熟的纳米粉末制备技术,本论文首次将锐钛矿二氧化钛空心微球作为散射粒子加入到P25纳米颗粒中,得到了新颖形貌的光阳极,有效提高了光阳极的散射能力,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。本论文的具体研究内容是:以葡萄糖为前驱物通过水热法制备了不同大小(250-700nm),分散良好的胶质碳球,探讨了葡萄糖水热的时间,浓度和温度对胶质碳球大小的影响;以胶质碳球为模板,钛酸四丁酯(TBT)为前驱物,通过溶胶-凝胶法制备了大小不同(200-500nm),壁厚不同(25-100nm)的二氧化钛亚微型空心球,探讨了影响二氧化钛亚微型空心球的形成及壁厚的因素;将二氧化钛亚微型空心球以不同比例与二氧化钛纳米粒子P25掺杂,制备了染料敏化太阳能电池的光阳极;通过优化二氧化钛亚微型空心球与P25粒子的比例和光阳极的厚度,得到了6.72%的光电转换效率,相比较于单纯P25纳米颗粒所涂覆光阳极电池的5.82%,转换效率提高了15%。 【关键词】：染料敏化纳米晶太阳能电池 二氧化钛空心球 壁厚 光散射 光电转换效率
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-10
• 1 能源危机与太阳能电池的发展10-14
• 1.1 能源挑战与机遇10-11
• 1.2 太阳能电池的种类11-12
• 1.3 不同种类太阳能电池的介绍12-14
• 1.3.1 硅太阳能电池12
• 1.3.2 非晶硅薄膜太阳能电池12-13
• 1.3.3 多元化合物薄膜太阳能电池13
• 1.3.4 染料敏化纳米晶太阳电池(DSSC)13-14
• 2 染料敏化纳米晶太阳能电池14-22
• 2.1 太阳能电池的几个基本概念14-15
• 2.2 染料敏化纳米晶太阳电池结构15-17
• 2.3 染料敏化纳米晶太阳电池各部分的研究进展17-22
• 2.3.1 光阳极的研究进展17-18
• 2.3.2 敏化染料18-20
• 2.3.3 电解质的研究进展20
• 2.3.4 论文的选题目的和依据20-22
• 3 胶体碳球,C/TiO_2复合球,二氧化钛空心球的制备22-32
• 3.1 引言22
• 3.2 实验部分22-23
• 3.2.1 实验药品与设备22-23
• 3.2.2 胶质碳球的制备方法23
• 3.2.3 二氧化钛空心球的制备方法23
• 3.2.4 胶体碳球和二氧化钛空心球的表征23
• 3.3 结果与讨论23-31
• 3.3.1 关于碳球23-25
• 3.3.2 关于二氧化钛空心球25-28
• 3.3.3 影响二氧化钛空心球形成的因素28-30
• 3.3.4 二氧化钛空心球的晶型30-31
• 3.4 小结31-32
• 4 锐钛矿亚微型二氧化钛空心球在染料敏化太阳能电池上的应用32-47
• 4.1 引言32-33
• 4.2 实验药品及设备33
• 4.3 染料敏化纳米晶电池光阳极的制备方法33-35
• 4.3.1 P25 浆料的制备33
• 4.3.2 胶体碳球，C/TiO_2复合球的制备33-34
• 4.3.3 染料敏化纳米晶电池光阳极的制备34
• 4.3.4 染料敏化纳米晶电池的组装34-35
• 4.4 染料敏化纳米晶电池光阳极的表征35
• 4.5 结果与讨论35-45
• 4.5.1 染料敏化纳米晶电池光阳极的AFM 照片35-37
• 4.5.2 染料敏化纳米晶电池光阳极的SEM 照片37-39
• 4.5.3 染料敏化纳米晶电池的厚度优化39-42
• 4.5.4 二氧化钛空心球对电池光电性能的影响42-45
• 4.6 小结45-47
• 5 前景与展望47-48
• 参考文献48-52
• 研究生期间发表的论文和申请的专利52-53
• 致谢53

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