新型纳米结构太阳能电池的制备及性能表征

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC)是第三代薄膜太阳能电池中发展的较为成熟的太阳能电池。与传统的硅晶太阳能电池相比,它具有成本低、来源广泛、制备工艺简单等优点,所以近些年来备受关注。但是其自身也存在着一定的缺陷,如现在公认的使用效果最好的N719染料制备过程比较复杂,且钉金属价格昂贵,有机染料对近红外光区吸收相对较弱,染料激发寿命短、稳定性差等。所以,研究和开发新的材料来代替有机染料是DSSC发展的一个方向和趋势。 本课题研究重点为利用Sb2S3纳米粒子代替有机染料作为敏化剂制备TiO2-Sb2S3共敏化基太阳能电池,并对其性能和效率进行研究探讨；制备层状钙钛矿型有机-无机金属卤化物薄膜并与多孔Ti02组成复合光阳极,研究复合光阳极对增加电子捕获能力,抑制光生电子-空穴的复合及提高光电转换效率的意义。 主要研究内容包括以下三个方面： (一)对染料敏化太阳能电池制备过程中最佳条件的选择研究。通过利用不同尺寸的Ti02浆料制备光阳极,不同的光阳极后处理方法,不同的染料以及不同的封装方法制备出不同的DSSC,经过对比研究,得出制备DSSC的最佳条件为：采用20nm TiO2纳米颗粒与200nm TiO2纳米颗粒组成复合薄膜电极；复合电极使用TiCl4或Ti02溶胶后处理；浸泡含有鹅去氧胆酸共吸附剂CDCA的N719染料；使用双面胶封装。在最佳条件下制备的染料敏化太阳能电池的光电流密度为13.10mA·cm·2,光电转化效率为5.4%,较之前提高了2%-3%左右。 (二)采用化学沉积法制备Sb2S3纳米粒子,并与多孔Ti02组成TiO2-Sb2S3复合光阳极,分别以P3HT和固态电解质CuSCN作为空穴传输层,以Ag为对电极组装Sb2S3量子点敏化太阳能电池。使用XRD、SEM、TEM、UV-Vis等对复合电极进行表征测试。测量出FTO/TiO2/Sb2S3/P3HT/PEDOT/Ag结构太阳能电池和FTO/TiO2/Sb2S3/CuSCN/Ag结构太阳能电池光电转化效率分别为0.34%和0.47%。 (三)分别使用旋涂法和分步沉积法在多孔Ti02薄膜上制备层状钙钛矿型有机-无机金属卤化物薄膜,并以spiro-OMe-TAD作为空穴传输层,以Ag为对电极,分别组装不同的层状钙钛矿型有机-无机杂化太阳能电池。使用XRD、SEM、EDX、 TEM、UV-Vis、TG-DSC等对复合电极进行表征测试。采用旋涂法制备的FTO/TiO2/CH3NH3PbI2Cl/Spiro-OMe-TAD/Ag电池光电转化效率分别为0.28%和0.71%。采用分步沉积法制备的FTO/TiO2/CH3NH3PbI2Cl/Spiro-OMe-TAD/Ag结构电池、FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMe-TAD/Ag结构电池光电转化效率分别为1.13%和1.80%。 【关键词】：太阳能电池 TiO_2 染料 敏化剂 量子点 Sb_2S_3 钙钛矿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太阳能电池分类和发展13-17
• 1.3 太阳能电池工作原理17-18
• 1.4 太阳能电池性能参数18-19
• 1.5 主要研究内容及意义19-22
• 2 实验试剂及仪器22-26
• 2.1 主要试剂22-23
• 2.2 导电基底23
• 2.3 实验条件23-24
• 2.4 实验仪器与设备24-26
• 3 高效率DSSC的制备及其条件选择26-46
• 3.1 引言26
• 3.2 DSSC的发展26-27
• 3.3 DSSC的结构及工作原理27-28
• 3.4 实验部分28-35
• 3.4.1 基片的清洗29-30
• 3.4.2 TiO_2纳米薄膜的制备30-32
• 3.4.3 染料的吸附32-34
• 3.4.4 注入电解质及封装34-35
• 3.4.5 效率的测试35
• 3.5 表征及测试35-43
• 3.6 小结43-46
• 4 Sb_2S_3纳米结构电池的制备及研究46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 Sb_2S_3纳米电池的结构及原理47-48
• 4.3 Sb_2S_3纳米电池的制备流程48-49
• 4.4 实验部分49-51
• 4.4.1 基片的刻蚀与清洗49-50
• 4.4.2 dense-TiO_2的制备50
• 4.4.3 TiO_2-Sb_2S_3复合光阳极的制备50
• 4.4.4 空穴传输层的旋涂50-51
• 4.4.5 蒸镀对电极51
• 4.5 表征及测试51-56
• 4.6 小结56-58
• 5 层状钙钛矿结构有机-无机杂化太阳能电池的制备及研究58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 层状类钙钛矿型有机-无机杂化物的结构58-59
• 5.3 层状类钙钛矿型有机-无机杂化物的应用59-60
• 5.4 实验部分60-62
• 5.4.1 有机胺盐的制备60-61
• 5.4.2 杂化钙钛矿薄膜的制备61
• 5.4.3 电池的组装61-62
• 5.5 表征及测试62-70
• 5.6 小结70-72
• 6 结论和展望72-73
• 参考文献73-79
• 作者简介79-83
• 学位论文数据集83

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