染料敏化太阳能电池中的TiO_2薄膜、光敏染料和凝胶电解质研究

【摘要】：染料敏化TiO_2太阳能电池(Dye-sensitized TiO_2 Solar Cells，DSSC)作为第三代太阳能装置，具有结构简单、成本低廉、环境友好等优点，在太阳能的应用上具有重要意义。如何获得更高的光电转换效率，提高电池稳定性，延长使用寿命一直是研究的焦点问题。 本文通过水热制备DSSC中TiO_2薄膜电极，对敏化染料和聚合物凝胶电解质等组成和工艺方法了进行研究，探索了组成和工艺方法对DSSC光电性能的影响。以液态电解质和凝胶电解质为空穴传输体，分别制备出了光电转换效率超过4.31％和2.75％的染料敏化太阳能电池。 (1) 分别采用水热法和溶胶凝胶法制备了纳米TiO_2胶体。通过涂覆法和丝网印刷法制备了不同面积与厚度的TiO_2薄膜电极，并对纳米胶体及薄膜形貌进行了表征，测试了TiO_2薄膜电极的光电性能。得出了较好的水热制备条件。丝网印刷效率高，重复性好，是一种可大面积制备DSSC的新方法。 (2) 通过水热法在TiO_2薄膜中掺杂0.5mol.％过渡族金属离子，过渡族金属离子可很好分散到TiO_2中，微量掺杂不改变TiO_2晶型结构，Ni离子掺杂扩展了TiO_2吸收范围，增大了电池的短路光电流，DSSC的光电转换效率提高到4.31％。 (3) 分别用酞菁类金属有机配合物、偶氮染料、从菊花中提取 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2薄膜 光敏染料 凝胶电解质 水热法
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-26
• 1.1 DSSC的结构及其原理11-14
• 1.1.1 DSSC结构11-12
• 1.1.2 DSSC光电转换原理12-14
• 1.2 光电化学太阳能电池的发展史14-16
• 1.3 TiO_2薄膜电极的研究进展16-19
• 1.4 敏化染料的研究进展19-21
• 1.5 电解质研究进展21-22
• 1.6 对电极研究进展22-23
• 1.7 DSSC面临的问题23-24
• 1.8 本论文的研究目的和研究内容24-26
• 第二章 DSSC的制备与性能表征26-36
• 2.1 DSSC的制备流程26-27
• 2.2 DSSC的性能测试27-28
• 2.3 DSSC的性能指标28-32
• 2.3.1 开路电压和短路电流28-29
• 2.3.2 光电转换效率29-31
• 2.3.3 Ⅰ-Ⅴ特性曲线31-32
• 2.4 影响DSSC光电性能的因素32-36
• 2.4.1 DSSC本身的影响因素32-34
• 2.4.2 DSSC外部影响因素34-36
• 第三章 TiO_2薄膜电极的水热法制备与光电性能研究36-52
• 3.1 TiO_2薄膜电极水热制备对其光电性能的影响36-45
• 3.1.1 实验主要试剂和仪器36
• 3.1.2 溶胶水热法制备TiO_2膜36-37
• 3.1.3 溶胶凝胶法制备TiO_2膜37
• 3.1.4 DSSC的组装37-38
• 3.1.5 实验结果测试38
• 3.1.6 TiO_2粉体的物相分析38-39
• 3.1.7 TiO_2粉体粒径和薄膜形貌分析39-42
• 3.1.8 TiO_2敏化电极漫反射光谱分析42-43
• 3.1.9 TiO_2薄膜与DSSC光电性能的关系分析43-44
• 3.1.10 水热法和溶胶凝胶法的比较44-45
• 3.2 掺杂过渡族金属离子对电池性能的影响45-48
• 3.2.1 主要试剂和仪器45
• 3.2.2 实验过程45-46
• 3.2.3 X射线衍射分析46-47
• 3.2.4 掺杂后TiO_2敏化电极的光电性能分析47-48
• 3.2.5 DSR分析48
• 3.3 丝网印刷TiO_2薄膜48-50
• 3.4 小结50-52
• 第四章 敏化染料的研究及光敏化效果分析52-61
• 4.1 主要药品和仪器52-53
• 4.2 染料的提取和敏化电极制备53
• 4.3 试验结果与讨论53-59
• 4.3.1 卟啉类染料的分子结构与吸收光谱分析53-56
• 4.3.2 酞菁类染料的分子结构与吸收光谱分析56-57
• 4.3.3 花青素单体的分子结构与吸收光谱分析57
• 4.3.4 偶氮染料的分子结构与吸收光谱分析57-58
• 4.3.5 敏化电极的光电性能分析58-59
• 4.4 小结59-61
• 第五章 聚合物凝凝胶电解质的研究61-70
• 5.1 主要药品和仪器61-62
• 5.2 试验部分62
• 5.2.1 含(NaI+I_2)AS树脂基聚合物凝胶电解质的制备62
• 5.2.2 DSSC电池的组装62
• 5.2.3 凝胶电解质电导率的测试62
• 5.2.4 DSSC性能测试62
• 5.3 结果与讨论62-69
• 5.3.1 AS树脂用量对聚合物凝胶电解质电导率的影响62-64
• 5.3.2 有机溶剂组成对聚合物凝胶电解质电导率的影响64-65
• 5.3.3 NaI浓度对聚合物凝胶电解质电导率的影响65-66
• 5.3.4 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响66-67
• 5.3.5 聚合物凝胶电解质中NaI浓度对DSSC性能的影响67-68
• 5.3.6 4—特丁基吡啶对DSSC光电性能的影响68-69
• 5.4 小结69-70
• 第六章 总结70-72
• 参考文献72-85
• 附录85-86
• 致谢86

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