本文關(guān)鍵詞：基于多層復(fù)合薄膜電極的染料敏化太陽電池制備及其性能研究

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【摘要】：本論文設(shè)計(jì)和制備了不同組成和結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合薄膜電極,并組裝成具有高開路電壓的染料敏化太陽電池。通過測(cè)試紫外-可見吸收光譜和J-V特性曲線來評(píng)價(jià)其光電性能參數(shù)。利用瞬態(tài)光電壓光電流衰減和電化學(xué)阻抗技術(shù),研究不同組成和結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合薄膜電極對(duì)電池電子傳輸性能的影響,并深入探討納米Ti O2/電解質(zhì)界面的電荷分離和復(fù)合,以及電荷傳輸和收集的微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)理。主要包括以下兩部分:(1)采用溶膠-凝膠和水熱合成技術(shù)相結(jié)合可控制備納米晶TiO2;通過CdS量子點(diǎn)(QD)和C106染料協(xié)同敏化納米晶TiO2薄膜制備多層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜電極;組裝成基于不同結(jié)構(gòu)的TiO2復(fù)合薄膜太陽電池。結(jié)果表明:CdS QD和C106染料分級(jí)協(xié)同敏化中通過化學(xué)浴沉積引入的QD敏化層,能夠使染料敏化層不受短波長(zhǎng)光的照射,避免紫外線的危害,而且CdS QD能夠有效吸收短波長(zhǎng)段的光線,使電池的整體光響應(yīng)范圍加寬,同時(shí)協(xié)同敏化能夠減小電荷復(fù)合速率顯著提高了電池的開路電壓;電極表面的無定型TiO2層能夠有效阻止CdS QD和I3-/I-之間的反應(yīng),確保CdS QD能夠正常工作,增加電子向納米晶TiO2中的注入效率,進(jìn)一步提高了分級(jí)協(xié)同敏化電池的光電性能參數(shù)。(2)液相溫和的條件下,可控合成核-殼結(jié)構(gòu)Ag/TiO2納米線,其內(nèi)核Ag納米線的直徑約為85 nm,TiO2殼層厚度約為95 nm;Ag/TiO2和納米晶TiO2混合制備多層夾心復(fù)合薄膜電極,經(jīng)C106染料敏化后組裝成電池。研究發(fā)現(xiàn):Ag/TiO2中內(nèi)核Ag納米線具有良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性,在多層介孔薄膜電極中,以Ag納米線搭建一個(gè)直接的電子傳輸通道,能夠有效地減少電子與空穴、與電解質(zhì)之間的復(fù)合,大幅度提高電子壽命和電子擴(kuò)散長(zhǎng)度,在界面處形成高密度的電荷層,從而獲得高開路電壓的電池。Ag/TiO2層的引入雖減少了薄膜電極的比表面和光捕獲能力,但顯著地改善了電子的傳輸性能。無定型TiO2層能夠有效修復(fù)核-殼結(jié)構(gòu)Ag/TiO2,使TiO2殼層保持完整性,防止Ag納米線表面與電解質(zhì)直接接觸而成為復(fù)合中心,提高電子收集效率,進(jìn)一步提升了電池的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。
【關(guān)鍵詞】：太陽電池 協(xié)同敏化 納米晶 核-殼結(jié)構(gòu) 薄膜電極 電子傳輸
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 引言11-13
• 1.2 太陽能電池概述13-15
• 1.3 染料敏化太陽電池簡(jiǎn)介15-22
• 1.3.1 染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)15-18
• 1.3.2 染料敏化太陽電池的工作原理18-20
• 1.3.3 染料敏化太陽電池性能評(píng)價(jià)參數(shù)20-21
• 1.3.4 染料敏化太陽電池未來的發(fā)展21-22
• 1.4 量子點(diǎn)敏化太陽電池22-23
• 1.5 納米TiO_2介孔薄膜的制備方法及在DSC中的應(yīng)用23-27
• 1.5.1 納米TiO_2多孔薄膜的制備23-24
• 1.5.2 納米TiO_2介孔薄膜在DSC中的應(yīng)用和發(fā)展24-27
• 1.6 本論文選題依據(jù)和主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 2 材料和器件的制備與表征29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑29-31
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器31-32
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法32-36
• 2.4.1 TiO_2納米晶的合成和漿料的制備32-33
• 2.4.2 TiO_2包覆Ag納米線的核殼結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2的合成和漿料制備33-34
• 2.4.3 對(duì)電極的制備34-35
• 2.4.4 器件的封裝35-36
• 2.5 表征技術(shù)和原理36-43
• 2.5.1 XRD測(cè)試36
• 2.5.2 電子顯微鏡表征36-37
• 2.5.3 紫外-可見分光光度計(jì)(UV-Vis)37
• 2.5.4 光電流作用譜(IPCE)37-38
• 2.5.5 J-V特性測(cè)試38-39
• 2.5.6 瞬態(tài)光電壓電流衰減測(cè)試39-40
• 2.5.7 電化學(xué)阻抗測(cè)試40-43
• 3 基于CdS量子點(diǎn)和C106協(xié)同敏化多層復(fù)合薄膜電極的高電壓太陽電池性能研究43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 CdS量子點(diǎn)和C106分級(jí)協(xié)同敏化多層復(fù)合薄膜電極的制備43-45
• 3.2.1 量子點(diǎn)敏化TiO_2納米晶薄膜光陽極的制備43-44
• 3.2.2 CdS量子點(diǎn)和聯(lián)吡啶釕染料C106敏化多層復(fù)合薄膜光陽極的制備44-45
• 3.3 多層復(fù)合介孔TiO_2納米晶薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)表征45-47
• 3.4 CdS量子點(diǎn)和C106分級(jí)協(xié)同敏化復(fù)合薄膜電池光電性能測(cè)試47-50
• 3.5 CdS量子點(diǎn)和C106染料協(xié)同敏化多層復(fù)合薄膜電池的電子傳輸性能測(cè)試50-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 4 核-殼結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2納米線對(duì)染料敏化多層復(fù)合薄膜電池性能的影響55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 核-殼結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2納米線和TiO_2納米晶多層夾心薄膜電極的制備55-56
• 4.3 核殼-結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2納米線的形貌與結(jié)構(gòu)表征56-59
• 4.4 核殼-結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2納米線和TiO_2納米晶多層薄膜電池的光電性能測(cè)試59-62
• 4.5 核殼-結(jié)構(gòu)Ag/TiO_2和Ti O2納米晶多層復(fù)合薄膜電池的電子傳輸性能測(cè)試62-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 5 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69
• 5.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-79
• 作者簡(jiǎn)歷79-81
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集81

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