本文關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米陣列及其在柔性染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：伴隨著化石燃料的使用帶來的日益嚴峻的環(huán)境污染和資源枯竭問題,人類對于清潔能源的需求已十分迫切。太陽能作為萬物之源,具有能量巨大、可持續(xù)、清潔方便等優(yōu)點,而利用太陽能發(fā)電則是太陽能利用的重要形式。染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)自被開發(fā)出來就成為材料科學、物理、化學等交叉領(lǐng)域的研究熱點,它具有易制造、低成本、無污染、高光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點。而隨著柔性以及可穿戴電子設(shè)備的日趨流行,柔性DSSCs作為供能設(shè)備具有重要的研究意義。在此基礎(chǔ)上,本文對二氧化鈦(TiO_2)納米陣列及其它在剛性和柔性DSSCs中的應(yīng)用進行了以下幾方面的研究:(1)水熱生長出TiO_2金紅石相納米線陣列,再通過進一步水熱刻蝕的方法將其轉(zhuǎn)換成為納米管陣列,這使得表面積獲得巨大提高。當作為DSSCs的光陽極時,其顯著增大的表面積以及光散射能力使電池的光電轉(zhuǎn)換效率從1.6%提升到3.4%,增加約一倍。(2)水熱生長出TiO_2銳鈦礦相分枝納米管陣列,相比于金紅石納米線/管陣列,它具有更大的比表面積,而且銳鈦礦相TiO_2光陽極的性能往往優(yōu)越很多,所以它能實現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率(5.08%)。為了進一步提高光陽極的性能,基于這種TiO_2分枝納米管陣列,構(gòu)建一種雙層結(jié)構(gòu)光陽極。這種雙層結(jié)構(gòu)能充分利用納米顆粒的巨大比表面積以及一維納米管陣列優(yōu)秀的電子傳輸能力,其DSSCs實現(xiàn)了7.24%的光電轉(zhuǎn)換效率,相比于純P25DSSCs(5.50%)或純分枝納米管DSSCs(5.08%)獲得了巨大提高。(3)在剛性基底獲得成功后,進一步以柔韌性好的鈦絲網(wǎng)為基底,制備出三種不同的TiO_2納米陣列:納米管、納米線和分枝納米線。通過兩步水熱法制備的分枝納米線實現(xiàn)了最高的光電轉(zhuǎn)換效率(1.76%),這比最常用的電化學氧化法得到的納米管材料要高(1.52%)。我們還進一步研究了柔性DSSCs的對電極,商用墨水可以作為一種輕質(zhì)、高效、低成本的對電極選擇。最后,將柔性的光陽極與對電極組合起來制備出完整密封的DSSCs器件,該柔性DSSCs彎折300次后,性能只衰減了~12%,展示出在可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：柔性染料敏化太陽能電池 二氧化鈦 納米陣列 光陽極 對電極
【學位授予單位】：暨南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 引言8-9
• 1.2 染料敏化太陽能電池簡介9
• 1.3 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理9-10
• 1.4 光陽極研究現(xiàn)狀10-12
• 1.5 柔性染料敏化太陽能電池簡介12-14
• 1.5.1 高分子薄膜基柔性DSSCs12-13
• 1.5.2 金屬片（箔）基柔性DSSCs13
• 1.5.3 纖維狀柔性DSSCs13
• 1.5.4 金屬網(wǎng)基柔性DSSCs13-14
• 1.6 本文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容14-16
• 1.6.1 選題依據(jù)14-15
• 1.6.2 研究內(nèi)容15-16
• 第二章 染料敏化太陽能電池的制備與表征16-23
• 2.1 實驗材料和設(shè)備16
• 2.2 幾種光陽極的制備16-17
• 2.2.1 P25納米顆粒光陽極的制備16
• 2.2.2 TiO_2金紅石納米線陣列的制備16
• 2.2.3 鈦基TiO_2銳鈦礦納米管陣列的制備16-17
• 2.3 吸附染料、制備電解質(zhì)與對電極17
• 2.4 電池的組裝17-18
• 2.5 染料敏化太陽能電池的性能表征18-22
• 2.5.1 形貌、結(jié)構(gòu)和成分表征18-19
• 2.5.2 染料吸附量測試19-20
• 2.5.3 電化學阻抗、關(guān)燈開路電壓衰減速率測試20-21
• 2.5.4 I-V測試21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 第三章 水熱刻蝕法制備二氧化鈦納米管陣列23-30
• 3.1 引言23
• 3.2 實驗方法23-24
• 3.3 實驗結(jié)果與分析24-29
• 3.3.1 電鏡分析24-26
• 3.3.2 XRD分析26-27
• 3.3.3 染料吸附量測試27
• 3.3.4 阻抗分析27-28
• 3.3.5 光電轉(zhuǎn)換效率分析28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第四章 二氧化鈦分枝納米管陣列以及納米顆粒構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)光陽極30-36
• 4.1 引言30-31
• 4.2 制備雙層結(jié)構(gòu)光陽極31
• 4.3 光陽極的形貌、結(jié)構(gòu)表征31-33
• 4.4 雙層結(jié)構(gòu)光陽極的光電化學性能研究33-35
• 4.5 本章小結(jié)35-36
• 第五章 一維二氧化鈦納米陣列在柔性染料敏化太陽能的應(yīng)用研究36-47
• 5.1 引言36-37
• 5.2 一維TiO_2納米陣列的制備37-38
• 5.3 一維TiO_2納米陣列的形貌、結(jié)構(gòu)表征38-40
• 5.4 柔性DSSCs的組裝40-41
• 5.5 柔性DSSCs的性能研究41-46
• 5.5.1 光電化學性能研究41-42
• 5.5.2 器件耐彎曲性能測試42-44
• 5.5.3 墨水對電極性能對比44-45
• 5.5.4 器件應(yīng)用研究45-46
• 5.6 本章小結(jié)46-47
• 第六章 總結(jié)與展望47-49
• 6.1 總結(jié)47-48
• 6.2 展望48-49
• 參考文獻49-58
• 攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及獲獎情況58-59
• 致謝59

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