分形结构电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

发布时间：2017-11-15 11:29

  本文关键词：分形结构电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

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【摘要】：目前,随着传统资源短缺、环境污染等问题的日益凸显,开发利用太阳能是解决能源问题行之有效的手段,而太阳能电池是高效利用太阳能的重要方式。近年来,染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)以及钙钛矿太阳能电池受到广泛关注。但是由于受传统电池平板结构的束缚,电极在法向上的结构潜力仍然未能被充分挖掘,太阳光未能得到充分利用。森林是自然界中最普遍的太阳能采集系统。森林表面的起伏、褶皱增加受光面积来提高对光的利用;当光透过表面进入森林内部后由于光的散射、反射,森林能通过枝叶的多级结构的层层捕获来提高对光的利用。研究采用简单的电沉积方法在一维纤维以及二维平板上,制备了具有减反射效应的仿生分形结构的森林型电极,再通过水热法在分形结构电极的表面生长出纳米氧化锌阵列半导体层,并且由此组装了低成本的微森林型DSSC。研究内容主要包括以下几点:(1)基于分形生长动力学的扩散限制凝聚模型(DLA)设计了薄膜反应器、全浸圆周式反应器、定向槽式反应器三种电解槽,并且利用这三种电解槽分别制备出了具有行道树形貌、穗状形貌、森林形貌的枝晶阵列的新型电极,并且通过对镍枝晶的分形生长进行调控,研究优化了镍枝晶分形生长的条件。(2)通过固体紫外-可见光谱和荧光光谱表征发现微森林型分形镍枝晶具有显著的光减反效应。相比于镍平板,在300-800nm的波长范围内,光在分形镍枝晶表面的反射率降低了30%,并且还发现微米尺度\纳米尺度(Micro-Dendrite\Nano-ZnO)的有机耦合能提高电极捕获光子的能力。(3)通过采用一种新颖的喷涂工艺在分形镍枝晶的复杂表面制备了致密种子层,再采用传统的水热法制备出了结构规整的纳米ZnO阵列,并且对其水热反应条件进行了优化。(4)采用具有光减反效应的分形结构电极制备了森林结构的柔性DSSC。研究发现,相比于传统的平板电极,采用分形结构电极的DSSC的光电性能得到大幅度提高。此外,这种新型的DSSC还具有良好的机械稳定性。这种仿生分形结构的森林型电极具有良好的光减反效果,不仅能很好的应用于光伏电池,而且在光催化、光解水、微量分析等领域也有很广阔的应用前景。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4

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本文编号：1189593