本文選題：染料敏化太陽(yáng)能電池　切入點(diǎn)：對(duì)電極　出處：《武漢大學(xué)》2014年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池由于其制做工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、光電轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)點(diǎn)而受到世界各國(guó)科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。新型電極材料的開(kāi)發(fā)為染料敏化太陽(yáng)能電池光伏性能的提高、生產(chǎn)成本的降低以及實(shí)用型電池器件的開(kāi)發(fā)提供了新的途徑。本文研究的主要內(nèi)容如下： 通過(guò)三元共聚的方法制備出比表面積高達(dá)1044m2/g的有序介孔碳,并將其制做成對(duì)電極應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池。研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于普通的碳黑對(duì)電極,有序介孔碳對(duì)電極由于具有更大的比表面積,因而能夠?yàn)镮3-的還原提供了更多的電化學(xué)催化活性面積。所以,采用有序介孔碳對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能遠(yuǎn)勝于基于普通碳黑對(duì)電極的電池的性能,其短路電流密度可以達(dá)到13.92mA cm-2,而其光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到6.51%。并且,相對(duì)于傳統(tǒng)的鉑對(duì)電極,該有序介孔碳對(duì)電極的制做成本低廉,因而是一種高效廉價(jià)的新型對(duì)電極。 通過(guò)模板法制備出直徑大約為100nm的聚吡咯米管,并將其自組裝成厚度大約為180微米的柔性可彎曲的聚吡咯膜。由于該膜具有比較大的比表面積,具有一定的厚度且多孔易滲透,故將其做為對(duì)電極應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池時(shí),有利于電解液的滲透和13-的還原。采用該聚吡咯膜對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到5.27%,相當(dāng)于基于傳統(tǒng)Pt/FTO剛性對(duì)電極的電池的效率的84%。 因?yàn)閭鹘y(tǒng)的染料敏化太陽(yáng)能電池采用的染料的吸收限大約為750納米,因此,所有能量小于1.65eV的光子均不可被利用,僅此一項(xiàng)的光能損失就高達(dá)50%以上。為了能夠充分利用這一部分能量來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率,我們首次提出了將中間帶引入染料敏化太陽(yáng)能電池這一設(shè)想。為了計(jì)算的方便,我們首先考查了基于二氧化鈦中間帶太陽(yáng)能電池的極限理論效率。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)在二氧化鈦的禁帶中引入一個(gè)或兩個(gè)中間帶時(shí),其極限效率可分別達(dá)到42%和50%。這為染料敏化太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展提供了一個(gè)全新的途徑。 采用水熱法制備了微量鉬摻雜的二氧化鈦納米晶薄膜做為光陽(yáng)極應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)開(kāi)路電壓衰減測(cè)試和電化學(xué)阻抗譜測(cè)試發(fā)現(xiàn),適量的鉬摻雜有利于電子壽命的提高和電子傳輸,從而使電池器件的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率均有大幅度的提高。當(dāng)摻雜濃度為20ppm時(shí),其光伏性能為最優(yōu)。然而,微量摻雜對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的深層次的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。
[Abstract]:Dye-sensitized solar cells have the advantages of simple manufacturing process and low production cost. The high efficiency of photovoltaic conversion has attracted the attention of scientists all over the world. The development of new electrode materials has improved the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells. The reduction of production cost and the development of practical battery devices provide a new way. The main contents of this paper are as follows:. An ordered mesoporous carbon with a specific surface area of 1044m2 / g was prepared by terpolymer and used as a pair electrode for dye sensitized solar cells. Because the ordered mesoporous carbon pair electrode has a larger specific surface area, it can provide more electrochemical catalytic activity area for the reduction of I _ 3-. The photovoltaic performance of dye sensitized solar cells using ordered mesoporous carbon pair electrode is much better than that of conventional carbon black opposite electrode. The short-circuit current density can reach 13.92 Ma cm-2, and the photoelectric conversion efficiency can reach 6.51%. Compared with the conventional platinum counter electrode, the ordered mesoporous carbon pair electrode is a new type of counter electrode with high efficiency and low cost because of its low cost. A polypyrrole tube with a diameter of about 100 nm was prepared by template method and self-assembled into a flexible flexible bendable polypyrrole film about 180 渭 m thick. It has a certain thickness and is porous and permeable, so it is used as a counter electrode in dye sensitized solar cells. The photovoltaic conversion efficiency of the dye sensitized solar cell with this polypyrrole film can reach 5.27, which is equivalent to 84% of the efficiency of the battery based on the traditional Pt/FTO rigidity. Because traditional dye sensitized solar cells have a dye absorption limit of about 750 nanometers, all photons with energy less than 1.65 EV are not available. In order to make full use of this energy to improve the conversion efficiency of the cell, the idea of introducing the intermediate band into the dye sensitized solar cell is proposed for the first time. We first examine the limit theoretical efficiency of solar cells based on titanium dioxide intermediate band. The calculated results show that when one or two intermediate bands are introduced into the gap band of titanium dioxide, The ultimate efficiency can reach 42% and 50 respectively, which provides a new way for the further development of dye sensitized solar cells. Trace molybdenum doped TIO _ 2 nanocrystalline thin films were prepared by hydrothermal method as photoanode for dye sensitized solar cells. The proper amount of molybdenum doping is beneficial to the increase of electron lifetime and electron transmission, thus the short circuit current density and photoelectric conversion efficiency of the battery device are greatly improved. The photovoltaic performance is optimal when the doping concentration is 20 ppm. However, when the doping concentration is 20 ppm, the photovoltaic performance is optimal. The mechanism of micro-doping on dye-sensitized solar cells remains to be further studied.
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1560043