ZnO/TiO 2 复合基染料敏化太阳能电池的制备与研究

发布时间：2022-01-01 21:27

　　染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC）由于成本低、生产工艺简单、原材料丰富等受到国内外科研工作者的广泛关注。目前,DSSC的光电转换效率还远低于理论值,而作为DSSC的重要组成之一的光阳极,其性能直接影响DSSC的光电转换效率,本文对ZnO/TiO2复合光阳极DSSC进行了研究。以尿素和硝酸锌为原料,采用水热法制备ZnO纳米片自组装微球；运用水热法和机械混合法制备ZnO/TiO2复合粉体；采用浸渍法制备ZnO/TiO2核壳结构粉体,并将它们作为光阳极材料应用于DSSC中。采用XRD、SEM、TEM、XPS和EDS对ZnO/TiO2粉体和膜进行了表征,测试了不同光阳极薄膜组装成DSSC的I-V曲线、IPCE曲线和EIS阻抗谱。主要结果如下：（1）当尿素与硝酸锌摩尔比为3：1时,采用水热法制备的ZnO微球直径约为15～20μm,由厚度约为25 nm的片状结构组装而成。将其通过先漩涡超声再球磨的工艺制备浆料,采用刮刀法制备膜厚为34.33μm的光阳极膜,所得电池的开路电压Voc、短路电流密度Jsc、填充因子FF,光电转换效率分别达到0.65 V... 

【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 太阳能电池研究的历史发展
    2.2 染料敏化太阳能的研究现状
    2.3 染料敏化太阳能的结构
        2.3.1 导电基底
        2.3.2 纳米晶半导体光阳极
        2.3.3 染料敏化剂
        2.3.4 电解质
        2.3.5 对电极
    2.4 染料敏化太阳能电池工作原理
    2.5 DSSC的光电特性参数
        2.5.1 I-V曲线
        2.5.2 入射单色光子—电子转化效率(IPCE)
        2.5.3 电化学阻抗谱(EIS)
    2.6 ZnO/TiO_2复合光阳极薄膜的研究现状
        2.6.1 ZnO的性质
        2.6.2 复合光阳极的研究现状
        2.6.3 ZnO/TiO_2核壳结构光阳极制备方法及研究现状
    2.7 本论文的研究目标和意义
3 水热法制备多级结构ZnO微球及其电池性能研究
    3.1 实验过程
        3.1.1 ZnO微球的制备
        3.1.2 浆料的制备
        3.1.3 导电玻璃的清洗
        3.1.4 光阳极薄膜的制备
        3.1.5 染料和电解质的制备
        3.1.6 对电极的制备
        3.1.7 DSSC的组装
    3.2 表征
        3.2.1 物相分析
        3.2.2 形貌分析
        3.2.3 X射线光电子能谱分析(XPS)
        3.2.4 能量色散显微分析(EDS)
        3.2.5 I-V曲线测试
        3.2.6 IPCE测试
        3.2.7 电化学阻抗谱(EIS)
        3.2.8 膜厚测试
        3.2.9 紫外可见吸收性能测试
        3.2.10 染料吸附量测试
    3.3 实验结果及分析
        3.3.1 尿素硝酸锌摩尔比对电池性能的影响
        3.3.2 浆料制备工艺对电池性能的影响
        3.3.3 不同膜厚对电池性能的影响
    3.4 本章小结
4 ZnO/TiO_2复合光阳极的制备及电池性能研究
    4.1 实验过程
        4.1.1 水热法制备ZnO/TiO_2复合粉
            4.1.1.1 ZnO/TiO_2复合粉的制备
            4.1.1.2 ZnO/TiO_2复合粉体浆料的制备
            4.1.1.3 ZnO/TiO_2光阳极膜的制备
        4.1.2 机械混合法制备ZnO/TiO_2复合粉
            4.1.2.1 TiO_2纳米粉体的制备
            4.1.2.2 ZnO纳米粉体的制备
            4.1.2.3 ZnO/TiO_2光阳极膜的制备
    4.2 实验结果与分析
        4.2.1 水热法制备ZnO/TiO_2粉体
            4.2.1.1 ZnO/TiO_2复合粉体的物相分析
            4.2.1.2 ZnO/TiO_2复合粉体的形貌分析
            4.2.1.3 n(Zn~(2+))：n(Ti~(4+))对ZnO/TiO_2复合光阳极光电转换性能的影响
        4.2.2 机械混合法制备ZnO/TiO_2复合光阳极薄膜
            4.2.2.1 ZnO、TiO_2纳米粉体的物相及形貌分析
            4.2.2.2 ZnO/TiO_2复合光阳极的电池性能
    4.3 本章小结
5 ZnO/TiO_2壳核结构的制备及电池性能研究
    5.1 实验过程
        5.1.1 醇热法制备ZnO纳米棒
        5.1.2 浸渍法制备ZnO/TiO_2核壳结构粉体
        5.1.3 ZnO/TiO_2核壳结构粉体光阳极的制备
        5.1.4 染料的制备
    5.2 实验结果与分析
        5.2.1 ZnO/TiO_2复合粉体的形貌分析
        5.2.2 配制染料所用的溶剂及浸渍时间对电池性能的影响
        5.2.3 在TBOT中浸渍次数对电池电转换性能的影响
        5.2.4 TBOT浓度对电池电转换性能的影响
        5.2.5 不同形貌的ZnO/TiO_2核壳结构对电池电转换性能的影响
    5.3 本章小结
结论
创新点
不足与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]阳极氧化法制备TiO2纳米管及其电池性能研究[J]. 王艳香,李海超,范学运,杨志胜,黄丽群,孙健.  人工晶体学报. 2014(08)
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[3]染料敏化太阳能电池的电子传输和复合特性研究[J]. 左志鹏,魏爱香,林康保,刘俊,招瑜.  人工晶体学报. 2012(06)
[4]ZnO/TiO2纳米管晶膜电极的制备及光电性能[J]. 赵丽,范佳杰,李静,戴国田,王世敏.  无机材料学报. 2012(06)
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[6]金红石型TiO2纳米棒的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用[J]. 兰章,吴季怀,林建明,黄妙良.  无机材料学报. 2011(02)
[7]N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性[J]. 翟晓辉,龙绘锦,董江舟,曹亚安.  物理化学学报. 2010(03)
[8]TiO2/ZnO薄膜紫外探测器的光电特性[J]. 王怡,江伟,邢光建,武光明,李东临.  半导体光电. 2009(04)
[9]染料敏化太阳能电池光阳极及其敏化研究进展[J]. 王青,夏咏梅,何祖明,李新丽,乜伟,徐莺歌.  科技导报. 2009(01)
[10]ZnO/TiO2复合薄膜的制备及性能表征[J]. 于仙仙,胡志强,王一,高岩,李国.  电源技术. 2007(07)

硕士论文
[1]染料敏化太阳能电池对电极的研究[D]. 江和栋.景德镇陶瓷学院 2014



本文编号：3562875