本文關(guān)鍵詞：ZnO基染料敏化太陽能電池的制備與研究

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【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)是一種新型電池,TiO2來源途徑比較廣,其化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定,于是其成為DSSC電池光陽極研究最多的一種材料,其電池性能已達到13%。ZnO在常溫下的禁帶寬度為3.37 e V,其與銳鈦礦型Ti02電位只相差0.15V。然而電子在ZnO光陽極中的遷移輸率明顯高于Ti02,其制備條件簡單,且形貌豐富,同時易于低溫控制,ZnO成為繼Ti02之后研究最多的一種光陽極材料。本文對ZnO基DSSC光陽極進行了如下研究：(1)采用碳模板法制備了ZnO粉。主要研究了Zn/C摩爾比和水熱溫度對ZnO粉形貌的影響。當Zn/C摩爾比為2：1時,ZnO粉的形貌為顆粒聚集的球,其直徑為2μm,有部分球表面生長納米棒,納米棒的直徑為20nm,長度為200nm,長徑比為10：1。當溫度低于160℃時,葡萄糖(C6H12O6)聚合反應(yīng)難以發(fā)生,得到的為ZnO納米顆粒,溫度為220℃時,由于縮聚速度過快,導(dǎo)致結(jié)塊現(xiàn)象比較嚴重。(2)將碳模板制備的ZnO粉應(yīng)用于DSSC,當Zn/C摩爾比2：1,水熱溫度180℃,水熱時間4h的ZnO粉制備的電池性能最好,由于ZnO球提供了比較大的比表面積,且球表面的納米棒為其提供了比較高的電子傳輸率,其電池的開路電壓Voc、短路電流密度Jsc、填充因子FF、光電轉(zhuǎn)換效率分別達到0.62 V、14.96 mAJcm2、0.63、1.91%,電子壽命可達到33.53 ms。(3)醇熱法制備具有多級結(jié)構(gòu)的ZnO微球。主要研究了漿料制備工藝,升溫速度,光陽極膜厚等對電池性能的影響。球磨使部分多級結(jié)構(gòu)被破壞,漩渦法ZnO微球原結(jié)構(gòu)保持完好；升溫速度有3 ℃/min、4℃/min和5℃/min,但升溫速度對電池性能影響小;膜厚增加染料吸附量也會增加,但傳輸?shù)穆窂阶冮L,空穴電子更易被復(fù)合。球磨3h,25～450℃,升溫速率為3℃/min,保溫60min,膜厚為20μm的電池性能最高為3.39%,Voc為0.60V,Jsc為8.66mA/cm2,FF為0.64.(4)在醇熱法制備的ZnO微球為基礎(chǔ)再長納米棒,研究了生長液濃度和生長時間對ZnO球/納米棒復(fù)合膜的影響。生長液濃度從0.01M增加到0.02M再增加到0.04M時,直徑從20nm增加到30nm再到50nnm。生長時間從15h增加到30h再到65h時,納米棒的長度從200nm增加到1000nm再降低到800nm。將不同條件下得到的ZnO球/納米棒與對電極和電解質(zhì)組裝成DSSC,在0.02M,30h下測試其效率最高可達3.51%,開路電壓Voc為0.52V,短路電流密度Jsc為12.78mA/cm2,填充因子FF為0.51。主要是短路電流的變化,從8.66mA/cm2增加到12.78mA/cm2。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 ZnO微球 ZnO納米棒 電池性能
【學(xué)位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ132.41;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-9
• 2 文獻綜述9-27
• 2.1 染料敏化太陽能電池(DSSC)9-13
• 2.1.1 DSSC的結(jié)構(gòu)9-11
• 2.1.2 DSSC的工作原理11-13
• 2.2 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)及特性13-14
• 2.3 ZnO微球在DSSC中應(yīng)用14-21
• 2.3.1 醇熱回流法14-18
• 2.3.3 超聲輔助沉淀法18-20
• 2.3.4 直接沉淀法20
• 2.3.5 碳模板法20-21
• 2.4 ZnO納米棒在DSSC中的應(yīng)用21-23
• 2.5 復(fù)合結(jié)構(gòu)DSSC的研究23-26
• 2.6 本論文選題背景和研究意義26-27
• 3 碳模板法制備ZnO微球及其電池性能27-37
• 3.1 實驗過程27-28
• 3.1.1 導(dǎo)電玻璃的預(yù)處理27
• 3.1.2 ZnO微球的制備27
• 3.1.3 ZnO漿料的制備27-28
• 3.1.4 光陽極薄膜的制備28
• 3.1.5 染料和電解質(zhì)的制備28
• 3.1.6 對電極的制備28
• 3.1.7 DSSC的組裝28
• 3.2 表征28-29
• 3.2.1 物相分析28
• 3.2.2 形貌分析28-29
• 3.2.4 I-V曲線測試29
• 3.2.5 電化學(xué)阻抗測試29
• 3.2.6 IPCE測試29
• 3.2.7 膜厚測試29
• 3.3 實驗結(jié)果及分析29-34
• 3.3.1 C/Zn0前驅(qū)體性能29-31
• 3.3.2 Zn/C摩爾比對ZnO粉形貌的影響31-33
• 3.3.3 水熱反應(yīng)溫度對ZnO空心球形貌的影響33-34
• 3.4 DSSC性能34-36
• 3.5 實驗小結(jié)36-37
• 4 醇熱法制備ZnO微球及其電池性能37-49
• 4.1 實驗過程37
• 4.1.1 原料與試劑37
• 4.1.2 ZnO微球粉的制備37
• 4.2 DSSC制備37-38
• 4.2.1 ZnO微球漿料的制備37-38
• (1) 球磨漿料的制備37-38
• (2) 漩渦漿料的制備38
• 4.2.2 光陽極膜的制備38
• (1) 絲網(wǎng)印刷法制備光陽極薄膜38
• (2) 刮刀法制備光陽極薄膜38
• 4.3 實驗結(jié)果與分析38-47
• 4.3.1 ZnO微球粉性能分析38-40
• 4.3.2 漿料制備工藝對電池性能的影響40-43
• 4.3.3 升溫速度對電池性能的影響43-47
• 4.4 實驗小結(jié)47-49
• 5 ZnO球/納米棒復(fù)合膜的制備及其電池性能49-58
• 5.1 實驗部分49-50
• 5.2 結(jié)果與討論50-56
• 5.2.1 生長襯底對ZnO納米棒的影響50-51
• 5.2.2 生長液濃度對電池的影響51-55
• 5.2.3 生長時間對電池的影響55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 創(chuàng)新點60-61
• 不足與展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-68

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3 李t，

本文編號：695818