稀土掺杂光谱转换DSSC光阳极制备及性能

发布时间：2017-06-04 14:19

  本文关键词：稀土掺杂光谱转换DSSC光阳极制备及性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在染料敏化太阳能电池(DSSC)的研究中,常用N3和N719对光阳极进行敏化,但是,以此敏化的电极对可见光区的太阳光吸收利用率较高,很少利用紫外光及红外光。而稀土掺杂发光材料,可以通过其转换发光,将DSSC吸收利用率低的紫外光转换为DSSC可以充分利用的可见光,拓宽DSSC的光谱响应范围,提高光利用率,从而提高DSSC的光电性能。锐钛矿结构的TiO_2,具有较高的光催化活性,禁带宽度宽,在DSSC领域得到了广泛的应用。本文以TiO_2为发光材料的基质,制备稀土掺杂TiO_2纳米粉体,并将其用于DSSC,制备了下转换光阳极,提高了光电转换效率。取得的主要成果如下:(1)采用溶胶-凝胶法成功制备了锐钛矿结构的Eu~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体,制备了Eu~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极,探讨了稀土掺杂量对DSSC光电性能的影响。制备的TiO_2:Eu~(3+)光阳极能够将紫外光转换为被N719染料吸收利用的可见光,进而提高DSSC的短路电流密度。当Eu摩尔含量为1.5%时制备的下转换光阳极短路电流达到12.78 m A/cm~2,与未使用下转换光阳极的电池相比,提高了12.69%,转换效率也提高了11.44%。(2)采用溶胶-水热法成功制备了固定Sm~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体,将其与不同质量分数的P25复合,用于DSSC,制备了Sm~(3+)掺杂TiO_2/P25下转换光阳极,探讨了P25掺杂量对复合光阳极组装的DSSC光电性能的影响。当下转换光阳极中TiO_2:Sm~(3+)粉体掺杂量为80wt%时,短路电流密度达到13.12 m A/cm2,与纯P25光阳极相比,提高了26.5%,转换效率也提高了23.5%。(3)改变Sm~(3+)掺杂含量,采用水热法成功制备了Sm~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体,将其用于DSSC,制备了Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极,探讨Sm~(3+)掺杂量对下转换光阳极组装DSSC光电性能的影响。当Sm~(3+)摩尔含量为1%时制备的下转换光阳极与未掺杂Sm的光阳极相比,短路电流密度提高到16.74 m A/cm2,大约提高20%,光电转换效率也提高了12.5%。(4)用溶胶-凝胶法制备了Eu~(3+),Sm~(3+)共掺TiO_2纳米粉体,制备了Sm~(3+)敏化Eu~(3+)下转换光阳极,探讨Sm~(3+)掺杂量对Sm~(3+)敏化Eu~(3+)下转换光阳极组装DSSC光电性能的影响。当Eu~(3+)的摩尔分数为1%,Sm~(3+)的摩尔分数为0.5%时制备的复合下转换光阳极,短路电流达到14.08 m A/cm2,与使用Eu~(3+)掺杂TiO_2的下转换光阳极电池相比,提高了32.08%,转换效率也达到5.29%。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 稀土掺杂 二氧化钛 光谱转换
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-12
• 第二章 文献综述12-25
• 2.1 DSSC概况12-16
• 2.1.1 DSSC基本组成和机理12-14
• 2.1.2 导电玻璃基体14
• 2.1.3 纳米多孔半导体薄膜14-15
• 2.1.4 敏化剂15
• 2.1.5 电解质15-16
• 2.1.6 对电极16
• 2.2 DSSC性能表征参数16-17
• 2.3 DSSC光阳极纳米粉体的制备17-19
• 2.3.1 气相法17
• 2.3.2 固相法17-18
• 2.3.3 液相法18-19
• 2.4 稀土元素简介19-23
• 2.4.1 稀土元素发光性能19-21
• 2.4.2 稀土发光材料的应用21-23
• 2.4.2.1 稀土发光材料的光催化性能21
• 2.4.2.2 稀土发光材料的生物信息检测功能21-22
• 2.4.2.3 稀土发光材料的生物医疗应用22
• 2.4.2.4 稀土发光材料用于染料太阳能电池22-23
• 2.5 本文研究内容及创新点23-25
• 第三章 实验部分25-31
• 3.1 实验仪器和试剂25-26
• 3.1.1 实验试剂25
• 3.1.2 实验仪器25-26
• 3.2 致密阻挡层玻璃基片的制备26-27
• 3.3 Eu~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备27
• 3.3.1 Eu~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体的制备27
• 3.3.2 Eu~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及DSSC电池组装27
• 3.4 TiO_2:Sm~(3+)复合P25下转换光阳极的制备27-28
• 3.4.1 Sm~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体的制备27-28
• 3.4.2 TiO_2:Sm~(3+)复合P25下转换光阳极的制备及DSSC电池组装28
• 3.5 Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备28-29
• 3.5.1 Sm~(3+)掺杂TiO_2纳米粉体的制备28-29
• 3.5.2 Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及DSSC电池组装29
• 3.6 Sm~(3+)敏化Eu~(3+)下转换光阳极的制备29-31
• 3.6.1 Eu~(3+)共掺Sm~(3+) TiO_2纳米粉体的制备29
• 3.6.2 Sm~(3+)敏化Eu~(3+)下转换光阳极的制备及DSSC电池组装29-31
• 第四章 实验结果与分析31-60
• 4.1 Eu~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的性能31-37
• 4.1.1 XRD分析31-32
• 4.1.2 EDS分析32
• 4.1.3 荧光光谱分析32-33
• 4.1.4 紫外可见光谱分析33-34
• 4.1.5 暗电流分析34-35
• 4.1.6 光电性能分析35-37
• 4.1.7 IPCE性能分析37
• 4.2 TiO_2:Sm~(3+)复合P25下转换光阳极的性能37-45
• 4.2.1 XRD分析37-38
• 4.2.2 EDS分析38-39
• 4.2.3 BET分析39
• 4.2.4 荧光光谱分析39-40
• 4.2.5 紫外可见过光谱分析40-41
• 4.2.6 光电性能分析41-44
• 4.2.7 IPCE分析44-45
• 4.3 Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极性能45-51
• 4.3.1 XRD分析45
• 4.3.2 EDS分析45-46
• 4.3.3 TEM分析46-47
• 4.3.4 BET分析47-48
• 4.3.5 荧光光谱分析48
• 4.3.6 光电性能分析48-50
• 4.3.7 IPCE分析50-51
• 4.4 Sm~(3+)敏化Eu~(3+)下转换光阳极的性能51-60
• 4.4.1 XRD分析51-52
• 4.4.2 EDS分析52-53
• 4.4.3 BET分析53-54
• 4.4.4 荧光光谱分析54-56
• 4.4.5 光电性能分析56-58
• 4.4.6 IPCE分析58-60
• 第五章 结论60-61
• 参考文献61-69
• 致谢69-70
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果70

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