静电纺丝制备一维二氧化钛及其在染料敏化太阳能电池中的应用

发布时间：2020-10-24 06:16

　　 随着人类社会的高速发展,对能源的需求越来越大。因此,为了满足人类对能源的需求,开发利用可再生能源成为研究的重点。太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏器件,在可再生能源方面发挥了重要的作用。染料敏化太阳能电池(DSSC)由于成本低,制备工艺简单,生产成本相对较低,对环境无污染,寿命长等优点,引起了研究者的广泛关注。这对解决全球能源危机有着重要的意义。在DSSC中光阳极起着至关重要的作用,二氧化钛(TiO2)作为DSSC首选光阳极半导体材料,对太阳光的捕获、染料吸附、电子的注入和收集、以及电子复合等有关方面具有其独特的优势,所以其对DSSC的光电转化效率有很大的影响。因此,TiO2比表面积尺寸大小、对光的响应范围以及电子与空穴复合速率都会直接影响DSSC的效率。多孔薄膜电极是影响DSSC性能与稳定性的关键因素之一,一维纳米TiO2因其具有优异光电性能的结构材料,有利于提高多孔薄膜的光电性能而被广泛的应用。本文旨在设计高效的DSSC用多孔薄膜电极,通过引入一维纳米结构TiO2改善多孔薄膜的微观结构,建立电子快速传输的路径和光散射中心,并将其应用在DSSC中。静电纺丝是一种简单而有效的制备一维纳米材料的方法,本文采用静电纺丝技术制备DSSC光阳极材料,并研究了其组装的DSSC的光电性能。(1)通过静电纺丝技术制备一维TiO2纳米纤维,并对所制备的一维TiO2纳米纤维的晶型、比表面积、孔径分布、表面元素、结构等物理性能进行了表征和分析。制备了TiO2纳米粒子/纳米纤维的复合光阳极,并探究了不同静电纺丝时间膜厚度对光电性能的影响。通过电化学性能表征得到,纤维膜的静电纺丝时间为15 min时,最佳的光电转化效率6.5%。主要原因可以归因于:TiO2纳米粒子既可用作粘结层又可用作空穴阻挡,作为粘结剂有效的减小了界面电阻;一维TiO2为电子提供了通道。(2)在染料敏化太阳能电池中,为了减少电子和空穴在界面的复合,对纳米粒子/纳米纤维复合光阳极进行改性研究,在所制备的复合光阳极表面刮涂氧化锆浆料,形成NP/NF/ZrO2结构光阳极,氧化锆作为阻挡层能够减小电子-空穴在TiO2/染料-电解质之间的复合。通过XRD、FESEM、mapping、HRTEM、XPS等相关物理表征证明氧化锆及其在光阳极中的分布,电化学表征证明光电转化效率的提升是减少了电子和空穴的复合。(3)在染料敏化太阳能电池中,贵金属改性对改善TiO2薄膜对光的吸收和降低电子和空穴的复合有重要作用。在制备纳米粒子/纳米纤维复合光阳极,浸泡在0.01 mol/L的AgNO3溶液中,根据还原时间不同得到不同含量的银。采用FESEM-mapping、TEM、XPS等表征来研究Ag在光阳极中的分布。并进行电化学表征,结果表明,当还原时间为45 s时,电池光电转化效率最佳。
【学位单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

?湖北大学硕士学位论文???质、铂电极等组成的光电化学电池。如图１．１所示，是美国能源部公布的各种太阳能电??池光电转化认证效率。在这些电池中，硅太阳能电池技术最成熟、光电转化效率最高、??性能比较稳定、在光伏中占主导地位。然而由于其制造成本高，工艺复杂，限制了其大??规模应用。??Ｂｅｓｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ?ＨＮＲＥＬ??

：染料敏化太阳电池为例［２５］。处于基态的染料分子吸收能染料分子将电子注入半导体导带，电子在薄膜内传输和Ｃ在光照条件下，各界面反应构成的能量转换??——卜、、、Ｉ?ｎ?ｘｒ■圆」?＼ｉ—

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本文编号：2854120