ZnO/SnO_2复合染料敏化太阳能电池的研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSC)是一种新型光电化学太阳能电池,它制作工艺简单、成本低、性能稳定、并且对环境良性,具有很好的应用前景。目前,以TiO_2作导电薄膜的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转化效率最高已达11%。但是纳晶多孔TiO_2薄膜中存在着大量表面态,表面能级位于禁带之中,呈局域态构成陷阱,束缚了电子在薄膜中的运动,导致电子与电解质复合的概率增大,暗电流增加,效率降低,大量表面态的存在,是使DSC转换效率降低的原因之一,因此用其他半导体氧化物薄膜作为光阳极制作薄膜太阳能电池就成为了DSC研究的一个热点。本文探讨了以ZnO、SnO_2及其复合物作为半导体膜的染料敏化太阳能电池。主要研究内容为: (1)以结晶四氯化锡为主原料,在200℃、pH = 8-9条件下,水热结晶12小时,450℃下处理1小时后,得到了粒径为3-5 nm的金红石型SnO_2,以此组装纳米SnO_2电极和DSC太阳能电池。在模拟太阳光(100 mW/cm2)辐照下,所组装的DSC太阳能电池的开路电压为401 mV,短路电流密度6.12 mA/cm2,填充因子为46.87%,总光电转化效率为1.15%。 (2)以乙酸锌为原料,通过溶胶-凝胶法制备ZnO凝胶,该凝胶在500℃下马弗炉中处理1小时,获得粒径为50-100 nm的ZnO膜,以此组装纳米ZnO电极和DSC太阳能电池。在模拟太阳光(100 mW/cm~2)辐照下,所组装的DSC太阳能电池的开路电压为554 mV,短路电流密度6.24 mA/cm2,填充因子为51.58%,总光电转化效率为1.78%。 (3)以乙酸锌,结晶四氯化锡为主要原料,通过溶胶-凝胶法和水热法制备了粒径为30 nm的ZnO/SnO_2复合纳米膜,控制氧化锌和氧化锡的物质量比为n_(Zn) : n_(Sn),以此组装纳米ZnO/SnO_2复合电极和DSC太阳能电池。在模拟太阳光(100 mW/cm2)辐照下,所组装的DSC太阳能电池的开路电压为620 mV,短路电流密度14.53 mA/cm~2,填充因子为58.29%,总光电转化效率为5.25%。 【关键词】：ZnO/SnO_2复合膜 溶胶-凝胶法 水热法 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池研究进展综述12-23
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池基本结构和工作原理（以TiO_2为例）12-16
• 1.2.1.1 电池的结构12-15
• 1.2.1.2 电池的工作原理15-16
• 1.2.2 评价太阳能电池的指标16-18
• 1.2.2.1 单色光电转换效率 IPCE16-17
• 1.2.2.2 短路电流密度 Isc17
• 1.2.2.3 开路电压 Voc17-18
• 1.2.2.4 填充因子18
• 1.2.2.5 电池的总效η_总18
• 1.2.3 影响电池因素18-23
• 1.2.3.1 染料光敏化剂18-21
• 1.2.3.2 电解质21-22
• 1.2.3.3 对电极22-23
• 1.3 论文的选题背景及研究意义23-24
• 第二章 SnO_2染料敏化太阳电池的研究24-39
• 2.1 引言24-25
• 2.2 仪器与药品25-26
• 2.2.1 主要仪器25-26
• 2.2.2 主要药品26
• 2.3 样品制备26-27
• 2.4 电池组装27
• 2.5 测试结果与讨论分析27-37
• 2.5.1 X-射线衍射分析27-29
• 2.5.1.1 不同热处理温度下 SnO_2的X-射线衍射27-28
• 2.5.1.2 不同热处理时间下 SnO_2的X-射线衍射28-29
• 2.5.2 SnO_2膜 SEM 分析29-30
• 2.5.3 SnO_2膜电池性能30-37
• 2.5.3.1 不同热处理温度对电池性能的影响30-31
• 2.5.3.2 不同热处理时间对电池性能的影响31-32
• 2.5.3.3 不同水热时间对电池性能的影响32-33
• 2.5.3.4 不同水热温度对电池性能的影响33-34
• 2.5.3.5 不同pH 值对电池性能的影响34-36
• 2.5.3.6 染料浸泡时间对电池性能的影响36-37
• 2.5.4 SnO_2膜电池的 I-V 曲线37
• 2.6 小结37-39
• 第三章 ZnO 染料敏化太阳能电池的研究39-51
• 3.1 引言39-41
• 3.2 仪器与药品41-42
• 3.2.1 主要仪器41
• 3.2.2 主要药品41-42
• 3.3 样品制备42
• 3.4 电池组装42-43
• 3.5 测试结果与讨论分析43-50
• 3.5.1 X-射线衍射分析43-45
• 3.5.1.1 不同热处理温度下 ZnO 的 X-射线衍射43-45
• 3.5.2 SEM 分析45
• 3.5.3 ZnO 膜电池性能45-49
• 3.5.3.1 不同热处理温度对电池性能的影响45-46
• 3.5.3.2 不同热处理时间对电池性能的影响46-47
• 3.5.3.3 染料浸泡时间对电池性能的影响47-49
• 3.5.4 ZnO 膜电池的 I-V 曲线49-50
• 3.6 小结50-51
• 第四章 ZnO/SnO_2复合染料敏化太阳电池的研究51-60
• 4.1 引言51-52
• 4.2 仪器与药品52-53
• 4.2.1 主要仪器52
• 4.2.2 主要药品52-53
• 4.3 ZnO/SnO_2膜的制备53-54
• 4.4 电池的组装与测试54
• 4.5 结果与讨论54-59
• 4.5.1 X-射线衍射分析54-55
• 4.5.2 SEM 分析55-57
• 4.5.3 ZnO/SnO_2复合多孔膜电池性能57-59
• 4.6 小结59-60
• 第五章 总结60-61
• 参考文献61-75
• 附录：硕士研究生在读期间发表的论文75-76
• 致谢76

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