資源短缺和環(huán)境污染已逐漸變成各國(guó)家和地區(qū)發(fā)展的絆腳石。太陽能作為可循環(huán)再生的清潔能源,因?yàn)閮?chǔ)量巨大、環(huán)保、地理因素限制小等優(yōu)勢(shì),越來越受到人們的關(guān)注。使用太陽能的本質(zhì)是將光能轉(zhuǎn)換為可被人們使用的電能和熱能,其中,太陽能電池通過物理化學(xué)方法,可直接將光能轉(zhuǎn)換為電能。隨著該類電池研究不斷深入,已經(jīng)形成了硅系太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、納米晶太陽能電池等體系。其中染料敏化太陽能電池(DSSCs),因無污染、成本低、性能好、易制作等特點(diǎn)有望在未來得到大規(guī)模的應(yīng)用。本論文面向染料敏化太陽能電池(DSSCs)光陽極的光電性能展開研究。光陽極薄膜是構(gòu)成DSSCs的重要組分,它的主要功能是吸收染料分子、抑制電子與空穴的復(fù)合、構(gòu)建光子散射路徑和電子傳導(dǎo)通道,進(jìn)而決定DSSCs的光電性能。調(diào)控光陽極薄膜材料的種類和結(jié)構(gòu)對(duì)提升DSSCs的光電性能至關(guān)重要,在眾多光陽極薄膜材料中,TiO_2擁有合適的禁帶寬度、良好的光電特性和穩(wěn)定性,且儲(chǔ)量大、無毒等天然優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用在DSSCs光陽極中。然而,由于光生電子在DSSCs光陽極薄膜傳輸?shù)倪^程中容易被復(fù)合掉,從而影響DSSCs的光電性能。本論文為了提高DSSCs的光電特性和光電轉(zhuǎn)換效率,探索了DSSCs薄膜的復(fù)合材料和新形貌,設(shè)計(jì)了SnO_2@Air@TiO_2雙中空海膽微球和以ZIF-8為模板的中空TiO_2海膽多面體兩種微觀結(jié)構(gòu)的光陽極薄膜材料,通過優(yōu)化薄膜材料復(fù)合組分和形貌來改善光電性能,進(jìn)而提高DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE):(1)設(shè)計(jì)并制備了SnO_2@Air@TiO_2雙中空海膽微球(SATS),用于光陽極薄膜材料。運(yùn)用了逐層包覆的思路來制備該微球,首先利用水熱法合成SnO_2中空球,再利用溶膠凝膠法來包覆SiO_2顆粒的外層,接著利用溶劑熱在微球外部生長(zhǎng)出TiO_2納米棒。最后,用強(qiáng)堿把中間層的SiO_2洗去,創(chuàng)造出雙中空微球的結(jié)構(gòu)�；赟ATS的DSSCs最高獲得了13.72mA/cm~2的短路電流密度,對(duì)應(yīng)的PCE達(dá)到了6.87%,是單一P25薄膜電池效率的1.35倍。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)增大了染料的吸附量,促進(jìn)了光子的有效捕獲,又有利于光生電子的快速傳輸,在DSSCs應(yīng)用的研究上具有一定的指導(dǎo)作用。(2)以金屬有機(jī)物框架(MOF)為模板,包覆并生長(zhǎng)TiO_2納米片,煅燒后形成中空TiO_2海膽多面體結(jié)構(gòu)。該多面體具有特殊的形貌和高度的結(jié)晶性,表現(xiàn)出很好的光子反射率和電子擴(kuò)散效率,因此,制成DSSCs的PCE值達(dá)到了6.94%,具有極大的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

全球太陽能資源分布

型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池。其中硅太陽能電池?fù)碛泄I(yè)化進(jìn)程最領(lǐng)先，研發(fā)水平最先進(jìn)，且市場(chǎng)化運(yùn)作最成功的優(yōu)勢(shì)。詳細(xì)分類如圖 1.2。圖1.2 太陽能電池種類1.2.1 硅太陽能電池硅太陽能電池可分成單晶硅、多晶硅薄膜以及非晶硅薄膜太陽能電池三類，其商業(yè)化的發(fā)展?fàn)顩r如圖 1.3 所示。單晶硅太陽能電池是研發(fā)水平較高、光電轉(zhuǎn)化效率較大、工業(yè)化水平較高、商業(yè)化推廣較成功的一種。最大的理論P(yáng)CE值為24.7%，工業(yè)化產(chǎn)出的PCE值達(dá)到了15%，在商業(yè)化的產(chǎn)出與收入模式中仍處于優(yōu)勢(shì)地位。但是其原料的生產(chǎn)價(jià)格過于昂貴，且制作條件非常復(fù)雜。因此為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)的工藝，增加生產(chǎn)的利潤(rùn)，使用了其他兩種原料來代替單晶硅原料。多晶硅薄膜太陽能電池的最大優(yōu)勢(shì)在于較低的原料價(jià)格，而且其理論的和商業(yè)化的 PCE 值都略小于單晶硅太陽能電池。最大的理論 PCE 值為 18%，工業(yè)化產(chǎn)出的 PCE值達(dá)到了 10%。例如

[8]。圖1.3 硅系太陽能電池板應(yīng)用于日常生活1.2.2 多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池是一類非常重要的光伏器件。其普遍用無機(jī)鹽半導(dǎo)體作為最基礎(chǔ)的原料，主要包括Ⅲ V 族（GaAs、Inp）、Ⅱ Ⅵ族（CdS、CdTe）和Ⅰ Ⅲ Ⅵ族（CuInSe2、CuInS2）薄膜太陽能電池等。GaAs 薄膜太陽能電池的理論 PCE 值突破了 28%，GaAs 材料的帶隙寬度為 1.42eV，且具有較高的光吸收效率、較低的熱敏性和較強(qiáng)的抗輻射能力，因此，其光電轉(zhuǎn)換效率很高[9]。但缺點(diǎn)是成本太高，制備工藝復(fù)雜，不適合市場(chǎng)化發(fā)展，目前僅適用于太空領(lǐng)域。CdTe、CdS 薄膜太陽能電池的 PCE 值也相對(duì)較高，日本 Matsushita Battery 研制出小面積的 CdTe 太陽能電池（圖 1.4），其理論轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 16%

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1 潘孟美;;染料敏化太陽能電池?fù)诫s光陽極的研究進(jìn)展[J];海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年01期

2 袁耀;王愛軍;覃方麗;張鴻羽;;TiO_2反蛋白石結(jié)構(gòu)光陽極結(jié)構(gòu)改性及光電性能研究[J];廣州化工;2017年02期

3 薛玫;張改清;高淑娟;崔曉瑞;;染料敏化太陽能電池光陽極的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2014年02期

4 文世杰;高清華;孫璧Z

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