【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSCs)由于其易于組裝、相對較低成本和相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率,使其成為有前景的第三代太陽能電池,也因此廣泛的引起了研究者的注意。目前所報道的DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)提高到了14.3%。傳統(tǒng)的DSSCs的光陽極薄膜是由二氧化鈦納米顆粒無規(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題,研究者們對光陽極的結(jié)構(gòu)和形貌進行重新設(shè)計,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,因為一維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。因此可以通過延長二氧化鈦納米線的長度或通過制備分等級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題。因此本論文從上述的兩種方法出發(fā),進一步提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化性能。具體研究內(nèi)容及成果如下:1.超長的芽狀分支的二氧化鈦納米線陣列的制備。通過兩步溶劑熱法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備出超長的芽狀分支的二氧化鈦納米線陣列。第一步在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備出長約48mm的銳鈦礦相的二氧化鈦納米線。第二步在二氧化鈦納米線主干的表面上生長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陣列光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為6.00%,這是二氧化鈦納米線光陽極的2.88倍。芽狀分支的二氧化鈦納米線陣列光陽極具有優(yōu)越的光電表現(xiàn),是因為這種分等級結(jié)構(gòu)維持了一維二氧化鈦納米線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納米線陣列結(jié)構(gòu)提高了染料的吸附量和光散射能力。2.雙二氧化鈦納米線的制備。第一次通過兩步水熱法在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。第一步在FTO導(dǎo)電玻璃基底上制備得到長約49mm和直徑為250-450 nm的單納米線。第二步直徑較小(40-80 nm)的二氧化鈦納米線纏繞著直徑較大的TiO_2納米線,因此形成了有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的雙納米線。二氧化鈦雙納米線光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.30%,這比二氧化鈦單納米線光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率(2.36%)要高。這是因為雙納米線光陽極維持了優(yōu)越的電子傳輸,也提高了比表面積和光散射能力。另外再將雙納米線光陽極通過TiO_2納米晶的處理后作為光陽極,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納米線原位轉(zhuǎn)化為銳鈦礦相分等級的TiO_2納米管。第一步通過溶劑熱反應(yīng)制備超長的銳鈦礦相的二氧化鈦納米線。第二步通過溶劑熱反應(yīng)將銳鈦礦相二氧化鈦納米線轉(zhuǎn)化為表面有大量納米片修飾的分等級銳鈦礦相二氧化鈦納米管。分等級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。分等級二氧化鈦納米管光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為5.96%,這比原有的二氧化鈦納米線光陽極的基礎(chǔ)上增加了181%。另外,TiO_2納米晶處理后的分等級銳鈦礦相二氧化鈦納米管光陽極的光電轉(zhuǎn)換效率為7.54%。
【圖文】：

圖 1.2 染料敏化太陽能電池的工作原理。Figure 1.2 The mechanism of dye-sensitized solar cell.化太陽能電池的性能參數(shù)敏化太陽能電池的光電流-電壓曲線電壓曲線（I-V 曲線）可以直接判斷染料敏化太陽能電池的性化太陽能電池典型的 I-V 曲線[29]。路電流（Isc）：短路電流是 I-V 曲線在縱坐標（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）：開路電壓是 I-V 曲線在橫坐標（x 軸）的截距壓取決于半導(dǎo)體的費米能級（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是染料敏化太陽能電池重要參數(shù)，因為較而當兩個電池的 Voc和 Isc一樣時，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ134.11;TB383.1

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