本文關鍵詞：基于多層復合薄膜電極的染料敏化太陽電池制備及其性能研究

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【摘要】：本論文設計和制備了不同組成和結構的多層復合薄膜電極,并組裝成具有高開路電壓的染料敏化太陽電池。通過測試紫外-可見吸收光譜和J-V特性曲線來評價其光電性能參數(shù)。利用瞬態(tài)光電壓光電流衰減和電化學阻抗技術,研究不同組成和結構的多層復合薄膜電極對電池電子傳輸性能的影響,并深入探討納米Ti O2/電解質(zhì)界面的電荷分離和復合,以及電荷傳輸和收集的微觀動力學機理。主要包括以下兩部分:(1)采用溶膠-凝膠和水熱合成技術相結合可控制備納米晶TiO2;通過CdS量子點(QD)和C106染料協(xié)同敏化納米晶TiO2薄膜制備多層結構復合薄膜電極;組裝成基于不同結構的TiO2復合薄膜太陽電池。結果表明:CdS QD和C106染料分級協(xié)同敏化中通過化學浴沉積引入的QD敏化層,能夠使染料敏化層不受短波長光的照射,避免紫外線的危害,而且CdS QD能夠有效吸收短波長段的光線,使電池的整體光響應范圍加寬,同時協(xié)同敏化能夠減小電荷復合速率顯著提高了電池的開路電壓;電極表面的無定型TiO2層能夠有效阻止CdS QD和I3-/I-之間的反應,確保CdS QD能夠正常工作,增加電子向納米晶TiO2中的注入效率,進一步提高了分級協(xié)同敏化電池的光電性能參數(shù)。(2)液相溫和的條件下,可控合成核-殼結構Ag/TiO2納米線,其內(nèi)核Ag納米線的直徑約為85 nm,TiO2殼層厚度約為95 nm;Ag/TiO2和納米晶TiO2混合制備多層夾心復合薄膜電極,經(jīng)C106染料敏化后組裝成電池。研究發(fā)現(xiàn):Ag/TiO2中內(nèi)核Ag納米線具有良好的導電性和化學穩(wěn)定性,在多層介孔薄膜電極中,以Ag納米線搭建一個直接的電子傳輸通道,能夠有效地減少電子與空穴、與電解質(zhì)之間的復合,大幅度提高電子壽命和電子擴散長度,在界面處形成高密度的電荷層,從而獲得高開路電壓的電池。Ag/TiO2層的引入雖減少了薄膜電極的比表面和光捕獲能力,但顯著地改善了電子的傳輸性能。無定型TiO2層能夠有效修復核-殼結構Ag/TiO2,使TiO2殼層保持完整性,防止Ag納米線表面與電解質(zhì)直接接觸而成為復合中心,提高電子收集效率,進一步提升了電池的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。
【關鍵詞】：太陽電池 協(xié)同敏化 納米晶 核-殼結構 薄膜電極 電子傳輸
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 引言11-13
• 1.2 太陽能電池概述13-15
• 1.3 染料敏化太陽電池簡介15-22
• 1.3.1 染料敏化太陽電池的結構15-18
• 1.3.2 染料敏化太陽電池的工作原理18-20
• 1.3.3 染料敏化太陽電池性能評價參數(shù)20-21
• 1.3.4 染料敏化太陽電池未來的發(fā)展21-22
• 1.4 量子點敏化太陽電池22-23
• 1.5 納米TiO_2介孔薄膜的制備方法及在DSC中的應用23-27
• 1.5.1 納米TiO_2多孔薄膜的制備23-24
• 1.5.2 納米TiO_2介孔薄膜在DSC中的應用和發(fā)展24-27
• 1.6 本論文選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容27-29
• 2 材料和器件的制備與表征29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 實驗試劑29-31
• 2.3 實驗儀器31-32
• 2.4 實驗方法32-36
• 2.4.1 TiO_2納米晶的合成和漿料的制備32-33
• 2.4.2 TiO_2包覆Ag納米線的核殼結構Ag/TiO_2的合成和漿料制備33-34
• 2.4.3 對電極的制備34-35
• 2.4.4 器件的封裝35-36
• 2.5 表征技術和原理36-43
• 2.5.1 XRD測試36
• 2.5.2 電子顯微鏡表征36-37
• 2.5.3 紫外-可見分光光度計(UV-Vis)37
• 2.5.4 光電流作用譜(IPCE)37-38
• 2.5.5 J-V特性測試38-39
• 2.5.6 瞬態(tài)光電壓電流衰減測試39-40
• 2.5.7 電化學阻抗測試40-43
• 3 基于CdS量子點和C106協(xié)同敏化多層復合薄膜電極的高電壓太陽電池性能研究43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 CdS量子點和C106分級協(xié)同敏化多層復合薄膜電極的制備43-45
• 3.2.1 量子點敏化TiO_2納米晶薄膜光陽極的制備43-44
• 3.2.2 CdS量子點和聯(lián)吡啶釕染料C106敏化多層復合薄膜光陽極的制備44-45
• 3.3 多層復合介孔TiO_2納米晶薄膜的形貌與結構表征45-47
• 3.4 CdS量子點和C106分級協(xié)同敏化復合薄膜電池光電性能測試47-50
• 3.5 CdS量子點和C106染料協(xié)同敏化多層復合薄膜電池的電子傳輸性能測試50-53
• 3.6 本章小結53-55
• 4 核-殼結構Ag/TiO_2納米線對染料敏化多層復合薄膜電池性能的影響55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 核-殼結構Ag/TiO_2納米線和TiO_2納米晶多層夾心薄膜電極的制備55-56
• 4.3 核殼-結構Ag/TiO_2納米線的形貌與結構表征56-59
• 4.4 核殼-結構Ag/TiO_2納米線和TiO_2納米晶多層薄膜電池的光電性能測試59-62
• 4.5 核殼-結構Ag/TiO_2和Ti O2納米晶多層復合薄膜電池的電子傳輸性能測試62-67
• 4.6 本章小結67-69
• 5 結論與展望69-71
• 5.1 結論69
• 5.2 展望69-71
• 參考文獻71-79
• 作者簡歷79-81
• 學位論文數(shù)據(jù)集81

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