隨著人類社會(huì)的高速發(fā)展,對能源的需求越來越大。因此,為了滿足人類對能源的需求,開發(fā)利用可再生能源成為研究的重點(diǎn)。太陽能電池是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的光伏器件,在可再生能源方面發(fā)揮了重要的作用。染料敏化太陽能電池(DSSC)由于成本低,制備工藝簡單,生產(chǎn)成本相對較低,對環(huán)境無污染,壽命長等優(yōu)點(diǎn),引起了研究者的廣泛關(guān)注。這對解決全球能源危機(jī)有著重要的意義。在DSSC中光陽極起著至關(guān)重要的作用,二氧化鈦(TiO2)作為DSSC首選光陽極半導(dǎo)體材料,對太陽光的捕獲、染料吸附、電子的注入和收集、以及電子復(fù)合等有關(guān)方面具有其獨(dú)特的優(yōu)勢,所以其對DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率有很大的影響。因此,TiO2比表面積尺寸大小、對光的響應(yīng)范圍以及電子與空穴復(fù)合速率都會(huì)直接影響DSSC的效率。多孔薄膜電極是影響DSSC性能與穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一,一維納米TiO2因其具有優(yōu)異光電性能的結(jié)構(gòu)材料,有利于提高多孔薄膜的光電性能而被廣泛的應(yīng)用。本文旨在設(shè)計(jì)高效的DSSC用多孔薄膜電極,通過引入一維納米結(jié)構(gòu)TiO2改善多孔薄膜的微觀結(jié)構(gòu),建立電子快速傳輸?shù)穆窂胶凸馍⑸渲行?并將其應(yīng)用在DSSC中。靜電紡絲是一種簡單而有效的制備一維納米材料的方法,本文采用靜電紡絲技術(shù)制備DSSC光陽極材料,并研究了其組裝的DSSC的光電性能。(1)通過靜電紡絲技術(shù)制備一維TiO2納米纖維,并對所制備的一維TiO2納米纖維的晶型、比表面積、孔徑分布、表面元素、結(jié)構(gòu)等物理性能進(jìn)行了表征和分析。制備了TiO2納米粒子/納米纖維的復(fù)合光陽極,并探究了不同靜電紡絲時(shí)間膜厚度對光電性能的影響。通過電化學(xué)性能表征得到,纖維膜的靜電紡絲時(shí)間為15 min時(shí),最佳的光電轉(zhuǎn)化效率6.5%。主要原因可以歸因于:TiO2納米粒子既可用作粘結(jié)層又可用作空穴阻擋,作為粘結(jié)劑有效的減小了界面電阻;一維TiO2為電子提供了通道。(2)在染料敏化太陽能電池中,為了減少電子和空穴在界面的復(fù)合,對納米粒子/納米纖維復(fù)合光陽極進(jìn)行改性研究,在所制備的復(fù)合光陽極表面刮涂氧化鋯漿料,形成NP/NF/ZrO2結(jié)構(gòu)光陽極,氧化鋯作為阻擋層能夠減小電子-空穴在TiO2/染料-電解質(zhì)之間的復(fù)合。通過XRD、FESEM、mapping、HRTEM、XPS等相關(guān)物理表征證明氧化鋯及其在光陽極中的分布,電化學(xué)表征證明光電轉(zhuǎn)化效率的提升是減少了電子和空穴的復(fù)合。(3)在染料敏化太陽能電池中,貴金屬改性對改善TiO2薄膜對光的吸收和降低電子和空穴的復(fù)合有重要作用。在制備納米粒子/納米纖維復(fù)合光陽極,浸泡在0.01 mol/L的AgNO3溶液中,根據(jù)還原時(shí)間不同得到不同含量的銀。采用FESEM-mapping、TEM、XPS等表征來研究Ag在光陽極中的分布。并進(jìn)行電化學(xué)表征,結(jié)果表明,當(dāng)還原時(shí)間為45 s時(shí),電池光電轉(zhuǎn)化效率最佳。
【學(xué)位單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

?湖北大學(xué)碩士學(xué)位論文???質(zhì)、鉑電極等組成的光電化學(xué)電池。如圖１．１所示，是美國能源部公布的各種太陽能電??池光電轉(zhuǎn)化認(rèn)證效率。在這些電池中，硅太陽能電池技術(shù)最成熟、光電轉(zhuǎn)化效率最高、??性能比較穩(wěn)定、在光伏中占主導(dǎo)地位。然而由于其制造成本高，工藝復(fù)雜，限制了其大??規(guī)模應(yīng)用。??Ｂｅｓｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ?ＨＮＲＥＬ??

：染料敏化太陽電池為例［２５］。處于基態(tài)的染料分子吸收能染料分子將電子注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶，電子在薄膜內(nèi)傳輸和Ｃ在光照條件下，各界面反應(yīng)構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)換??——卜、、、Ｉ?ｎ?ｘｒ■圓」?＼ｉ—

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本文編號：2854120