石墨烯优化改性的染料敏化太阳能电池的研究
[Abstract]:Under the guidance of the idea of "green environment" and the reality of "energy crisis", dye sensitized solar cells are favored by scientific researchers for their advantages of simple preparation process, low cost, high energy return rate and non-toxicity. In addition, graphene, a two-dimensional carbon-based material, has attracted great interest from the scientific community. Based on the advantages of good electrical conductivity and large specific surface area of graphene, as well as the special optical properties and band structure of graphene quantum dots, they are applied to dyestuff sensitized solar cells, respectively. Dye-sensitized solar cells with optimized graphene materials have become one of the research hotspots in this field. In this thesis, the following research contents are carried out: (1) preparation of graphene-P25 composite photoanode. The graphene P25 composite photoanode thin films with excellent properties were prepared by a simple ball milling method using graphene oxide (GO) and commercial titanium dioxide (P25) as raw materials, and the optimum ratio of GO to P25 was explored. It was applied to dye sensitized solar cells, and the dye sensitized solar cells with better performance were prepared. Compared with pure P25 dye sensitized solar cells, the photoconversion efficiency of the cells with graphene P25 composite film as the photoanode was increased by 20%. The introduction of graphene improved the performance of P25-based dye sensitized solar cells, which was mainly attributed to the increase of the specific surface area of the films caused by GO annealing and the good electrical conductivity of graphene itself. In addition, the increase of DSSC photoelectric property is consistent with the increase of rutile content, which indicates that the moderate increase of rutile phase content is beneficial to the light reflection and absorption in the photoanode and the improvement of the photovoltaic performance of the cell. (2) preparation of graphene-Ti02 composite photoanode and improvement of its DSSC properties. A series of Ti02 photoanodes with different graphene content were prepared by hydrothermal method. The effect of different amount of graphene doping on the structure and properties of the battery was studied. The graphene doped Ti02 photoanode film and its cell were prepared. The results show that graphene doping can significantly affect the surface morphology of the Ti02 film, increase the amount of dye adsorption, and improve the open circuit voltage, short circuit current density and photoelectric conversion efficiency of the prepared battery. In addition, the photovoltaic conversion efficiency of the battery was 7.022 in the best graphene doped sample, which was significantly higher than that of the undoped sample (28.6%). We preliminarily believe that the improvement of cell performance caused by graphene doping is mainly due to the increase of the specific surface area of the film and the increase of the dye adsorption capacity and the good conductivity of graphene. (3) preparation of Ti02 photoanode optimized by graphene quantum dots and its application in dye sensitized solar cells. Graphene quantum dots (QDs) have excellent optical properties. In this study, GQDs assisted sensitized Ti02 photoanodes and their DSSCs.Raman spectra and TEM measurements have been successfully prepared for the first time to confirm the properties of GQDs. The results show that the dye adsorption capacity of photoanode decreases first and then increases with the increase of GQDs loading. The corresponding short-circuit current Jsc, open-circuit voltage Voc and photoelectric conversion efficiency 畏 of DSSCs are increased first and then decreased. The Jsc and n of the optimized DSSC are 14.07 卤0.02mA/cm2 and 6.10 卤0.01, which are 30.9% and 19.6% higher than that of the traditional DSSC Jsc and 畏, respectively. The improvement of DSSCs performance is mainly due to the excellent Guang Min response of GQDs and its hot electron injection effect on TiO2. This study shows that GQDs can not only improve the performance of DSSC, but also reduce the use of dyes to a certain extent.
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4
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,本文编号:2257487
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