【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)由于其易于組裝、相對(duì)較低成本和相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)換效率,使其成為有前景的第三代太陽(yáng)能電池,也因此廣泛的引起了研究者的注意。目前所報(bào)道的DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提高到了14.3%。傳統(tǒng)的DSSCs的光陽(yáng)極薄膜是由二氧化鈦納米顆粒無(wú)規(guī)則堆積而成的,具有較大的比表面積,使得二氧化鈦納米顆粒光陽(yáng)極薄膜能吸附更多的染料。然而,二氧化鈦納米顆粒薄膜存在許多晶界,阻礙了電子的傳輸,也加重了電荷的復(fù)合。為了解決納米顆粒薄膜存在的問(wèn)題,研究者們對(duì)光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行重新設(shè)計(jì),以提高電子的傳輸能力和減小電子的復(fù)合率。一維二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)(納米管陣列,納米線(xiàn)陣列和納米棒陣列)由于其擁有優(yōu)越的光生電荷分離和傳輸性能,能提高電子的傳輸和電子復(fù)合的發(fā)生,因此使得其在DSSCs中引起廣泛的研究。然而,因?yàn)橐痪S納米主干具有較大的直徑和一維結(jié)構(gòu)之間有較大的空間間隙,使得一維納米結(jié)構(gòu)的光伏性能較差。因此可以通過(guò)延長(zhǎng)二氧化鈦納米線(xiàn)的長(zhǎng)度或通過(guò)制備分等級(jí)納米陣列這兩種方法解決一維納米結(jié)構(gòu)的較少染料吸附量和較弱的光散射等問(wèn)題。因此本論文從上述的兩種方法出發(fā),進(jìn)一步提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化性能。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下:1.超長(zhǎng)的芽狀分支的二氧化鈦納米線(xiàn)陣列的制備。通過(guò)兩步溶劑熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備出超長(zhǎng)的芽狀分支的二氧化鈦納米線(xiàn)陣列。第一步在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備出長(zhǎng)約48mm的銳鈦礦相的二氧化鈦納米線(xiàn)。第二步在二氧化鈦納米線(xiàn)主干的表面上生長(zhǎng)出金紅石相二氧化鈦納米棒分支。芽狀分支的二氧化鈦納米線(xiàn)陣列光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率為6.00%,這是二氧化鈦納米線(xiàn)光陽(yáng)極的2.88倍。芽狀分支的二氧化鈦納米線(xiàn)陣列光陽(yáng)極具有優(yōu)越的光電表現(xiàn),是因?yàn)檫@種分等級(jí)結(jié)構(gòu)維持了一維二氧化鈦納米線(xiàn)所擁有的高效的電荷分離和傳輸性能,并且芽狀分支使得分等級(jí)納米線(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)提高了染料的吸附量和光散射能力。2.雙二氧化鈦納米線(xiàn)的制備。第一次通過(guò)兩步水熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備出底部垂直和頂端彎曲的銳鈦礦相的雙二氧化鈦納米線(xiàn)。第一步在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備得到長(zhǎng)約49mm和直徑為250-450 nm的單納米線(xiàn)。第二步直徑較小(40-80 nm)的二氧化鈦納米線(xiàn)纏繞著直徑較大的TiO_2納米線(xiàn),因此形成了有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的雙納米線(xiàn)。二氧化鈦雙納米線(xiàn)光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.30%,這比二氧化鈦單納米線(xiàn)光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率(2.36%)要高。這是因?yàn)殡p納米線(xiàn)光陽(yáng)極維持了優(yōu)越的電子傳輸,也提高了比表面積和光散射能力。另外再將雙納米線(xiàn)光陽(yáng)極通過(guò)TiO_2納米晶的處理后作為光陽(yáng)極,得到其光電轉(zhuǎn)換效率為7.65%。3.銳鈦礦相二氧化鈦納米線(xiàn)原位轉(zhuǎn)化為銳鈦礦相二氧化鈦納米管。第一次直接將FTO導(dǎo)電玻璃基底上的銳鈦礦相TiO_2納米線(xiàn)原位轉(zhuǎn)化為銳鈦礦相分等級(jí)的TiO_2納米管。第一步通過(guò)溶劑熱反應(yīng)制備超長(zhǎng)的銳鈦礦相的二氧化鈦納米線(xiàn)。第二步通過(guò)溶劑熱反應(yīng)將銳鈦礦相二氧化鈦納米線(xiàn)轉(zhuǎn)化為表面有大量納米片修飾的分等級(jí)銳鈦礦相二氧化鈦納米管。分等級(jí)二氧化鈦納米管薄膜表面有大量的納米片,因此擁有較大的比表面積和優(yōu)越的光散射性能。分等級(jí)二氧化鈦納米管光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.96%,這比原有的二氧化鈦納米線(xiàn)光陽(yáng)極的基礎(chǔ)上增加了181%。另外,TiO_2納米晶處理后的分等級(jí)銳鈦礦相二氧化鈦納米管光陽(yáng)極的光電轉(zhuǎn)換效率為7.54%。
【圖文】：

圖 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理。Figure 1.2 The mechanism of dye-sensitized solar cell.化太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)敏化太陽(yáng)能電池的光電流-電壓曲線(xiàn)電壓曲線(xiàn)（I-V 曲線(xiàn)）可以直接判斷染料敏化太陽(yáng)能電池的性化太陽(yáng)能電池典型的 I-V 曲線(xiàn)[29]。路電流（Isc）：短路電流是 I-V 曲線(xiàn)在縱坐標(biāo)（y 軸）的截距流的大小與激發(fā)態(tài)染料分子和電子注入導(dǎo)帶的數(shù)目，電荷在和損耗等有關(guān)。路電壓（Voc）：開(kāi)路電壓是 I-V 曲線(xiàn)在橫坐標(biāo)（x 軸）的截距壓取決于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)（Efemi）與電解質(zhì)的氧化還原電

海南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文（Popt）與輸入功率（Pin）之比，即：inocscinoptPFFVIPP 看出，，最大輸出電流（Iopt）和最大輸出電壓（Vop。Voc和 Isc所圍成的矩形面積為理論上能產(chǎn)生的最大輸出功率與輸入功率的比值為 FF，則 FF 是一Voc和 Isc是染料敏化太陽(yáng)能電池重要參數(shù)，因?yàn)檩^而當(dāng)兩個(gè)電池的 Voc和 Isc一樣時(shí)，F(xiàn)F 就成為了制約
【學(xué)位授予單位】：海南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ134.11;TB383.1

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本文編號(hào)：2674496