新型染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备及研究

发布时间：2017-12-26 08:31

本文关键词：新型染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备及研究　出处：《西南石油大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：能源是国民经济发展的核心因素和战略资源,是提高人民生活水平的重要物质基础,直接影响到国家安全、可持续发展和社会稳定。但是传统的煤、石油、天然气等化石能源的不可再生性及对环境的潜在污染,促使人们开发和利用可持续的新能源,也是解决我国能源危机和环境污染的一个最有效途径。太阳能是取之不尽,用之不竭的清洁能源,太阳能电池是利用太阳能最重要、最有效的方式之一。自从1991年,瑞士科学家Gratzel利用纳米半导体的多孔性,成功制备了光电转换效率为7.1%的染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSCs)以来。这种太阳能电池以其制备工艺较为简单、原料便宜、理论转化效率高及对环境无污染等特点,近年来得到了长足的发展,目前获得的最高转化效率为13%。为了进一步的提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,本文从其重要组成部分——纳米半导体出发,以提高光阳极的染料吸附量或者散射性能为主要目的,做了一些研究。此外,本文还对染料敏化太阳能电池应用的另外一个领域——柔性染料敏化太阳能电池进行了一些研究和探讨。本文的研究工作主要有以下几个方面： 1.设计制备了一种新型的三层ZnO结构的染料敏化太阳能电池。首先我们使用两步法生长了ZnO纳米线作为底层,随后分别将直接沉淀法、水热法制备的Zn0纳米片组装的分级结构微球作为中间层(S-ZnO HMSs)和上层(L-ZnO HMSs),最终获得了我们设想的新型三层ZnO光阳极结构。通过结构表征和光电化学性能测试发现S-ZnO HMSs拥有一个较高的比表面积,能够有效的提高电池光阳极的染料吸附量,且具有良好的光散射性能。同样表明L-ZnO HMSs在提高电池染料吸附量的同时,能有效的提高电池的光散射性能。最终,这种新型的三层ZnO光阳极结构组装成的电池获得了一个最好的光电转换效率(3.21%)。 2.使用水热法合成出了具有块状结构的SrTiO3纳米颗粒,并用此颗粒作为染料敏化太阳能电池光阳极的散射层。通过扫描电镜(SEM)的表征,可以看出这种颗粒的直径范围大概在200-400nm,非常有利于光的散射。通过光电性能和电化学的测试,我们发现刮涂两层的SrTiO3浆料组装的电池比刮涂一层SrTiO3浆料的光电性能要好,这主要是由于染料吸附量和光散射性能两者共同作用引起的。虽然说具有两层散射层的电池的厚度增加了,光散射性能增加了,但是其染料吸附量却下降了,致使电池的光电转换效率反而不如刮涂一层散射层的效果好。 3.探索了一种新型的柔性泡沫镍作为染料敏化太阳能电池光阳极的基底。泡沫镍不仅具有良好的柔性性能,且这种多孔、三维及非平面的结构理论上非常有利于光的利用。但是限于制备工艺和泡沫镍被氧化后形成的NiO等不利因素,并没有得到理想中的结果。下一步的工作就是要在此基础上改进制备工艺或者寻求新的泡沫金属。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4

【共引文献】