基于多层复合薄膜电极的染料敏化太阳电池制备及其性能研究

发布时间：2017-10-04 21:33

  本文关键词：基于多层复合薄膜电极的染料敏化太阳电池制备及其性能研究

  更多相关文章： 太阳电池 协同敏化 纳米晶 核-壳结构 薄膜电极 电子传输

【摘要】：本论文设计和制备了不同组成和结构的多层复合薄膜电极,并组装成具有高开路电压的染料敏化太阳电池。通过测试紫外-可见吸收光谱和J-V特性曲线来评价其光电性能参数。利用瞬态光电压光电流衰减和电化学阻抗技术,研究不同组成和结构的多层复合薄膜电极对电池电子传输性能的影响,并深入探讨纳米Ti O2/电解质界面的电荷分离和复合,以及电荷传输和收集的微观动力学机理。主要包括以下两部分:(1)采用溶胶-凝胶和水热合成技术相结合可控制备纳米晶TiO2;通过CdS量子点(QD)和C106染料协同敏化纳米晶TiO2薄膜制备多层结构复合薄膜电极;组装成基于不同结构的TiO2复合薄膜太阳电池。结果表明:CdS QD和C106染料分级协同敏化中通过化学浴沉积引入的QD敏化层,能够使染料敏化层不受短波长光的照射,避免紫外线的危害,而且CdS QD能够有效吸收短波长段的光线,使电池的整体光响应范围加宽,同时协同敏化能够减小电荷复合速率显著提高了电池的开路电压;电极表面的无定型TiO2层能够有效阻止CdS QD和I3-/I-之间的反应,确保CdS QD能够正常工作,增加电子向纳米晶TiO2中的注入效率,进一步提高了分级协同敏化电池的光电性能参数。(2)液相温和的条件下,可控合成核-壳结构Ag/TiO2纳米线,其内核Ag纳米线的直径约为85 nm,TiO2壳层厚度约为95 nm;Ag/TiO2和纳米晶TiO2混合制备多层夹心复合薄膜电极,经C106染料敏化后组装成电池。研究发现:Ag/TiO2中内核Ag纳米线具有良好的导电性和化学稳定性,在多层介孔薄膜电极中,以Ag纳米线搭建一个直接的电子传输通道,能够有效地减少电子与空穴、与电解质之间的复合,大幅度提高电子寿命和电子扩散长度,在界面处形成高密度的电荷层,从而获得高开路电压的电池。Ag/TiO2层的引入虽减少了薄膜电极的比表面和光捕获能力,但显著地改善了电子的传输性能。无定型TiO2层能够有效修复核-壳结构Ag/TiO2,使TiO2壳层保持完整性,防止Ag纳米线表面与电解质直接接触而成为复合中心,提高电子收集效率,进一步提升了电池的短路电流密度和光电转换效率。
【关键词】：太阳电池 协同敏化 纳米晶 核-壳结构 薄膜电极 电子传输
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 引言11-13
• 1.2 太阳能电池概述13-15
• 1.3 染料敏化太阳电池简介15-22
• 1.3.1 染料敏化太阳电池的结构15-18
• 1.3.2 染料敏化太阳电池的工作原理18-20
• 1.3.3 染料敏化太阳电池性能评价参数20-21
• 1.3.4 染料敏化太阳电池未来的发展21-22
• 1.4 量子点敏化太阳电池22-23
• 1.5 纳米TiO_2介孔薄膜的制备方法及在DSC中的应用23-27
• 1.5.1 纳米TiO_2多孔薄膜的制备23-24
• 1.5.2 纳米TiO_2介孔薄膜在DSC中的应用和发展24-27
• 1.6 本论文选题依据和主要研究内容27-29
• 2 材料和器件的制备与表征29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 实验试剂29-31
• 2.3 实验仪器31-32
• 2.4 实验方法32-36
• 2.4.1 TiO_2纳米晶的合成和浆料的制备32-33
• 2.4.2 TiO_2包覆Ag纳米线的核壳结构Ag/TiO_2的合成和浆料制备33-34
• 2.4.3 对电极的制备34-35
• 2.4.4 器件的封装35-36
• 2.5 表征技术和原理36-43
• 2.5.1 XRD测试36
• 2.5.2 电子显微镜表征36-37
• 2.5.3 紫外-可见分光光度计(UV-Vis)37
• 2.5.4 光电流作用谱(IPCE)37-38
• 2.5.5 J-V特性测试38-39
• 2.5.6 瞬态光电压电流衰减测试39-40
• 2.5.7 电化学阻抗测试40-43
• 3 基于CdS量子点和C106协同敏化多层复合薄膜电极的高电压太阳电池性能研究43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 CdS量子点和C106分级协同敏化多层复合薄膜电极的制备43-45
• 3.2.1 量子点敏化TiO_2纳米晶薄膜光阳极的制备43-44
• 3.2.2 CdS量子点和联吡啶钌染料C106敏化多层复合薄膜光阳极的制备44-45
• 3.3 多层复合介孔TiO_2纳米晶薄膜的形貌与结构表征45-47
• 3.4 CdS量子点和C106分级协同敏化复合薄膜电池光电性能测试47-50
• 3.5 CdS量子点和C106染料协同敏化多层复合薄膜电池的电子传输性能测试50-53
• 3.6 本章小结53-55
• 4 核-壳结构Ag/TiO_2纳米线对染料敏化多层复合薄膜电池性能的影响55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 核-壳结构Ag/TiO_2纳米线和TiO_2纳米晶多层夹心薄膜电极的制备55-56
• 4.3 核壳-结构Ag/TiO_2纳米线的形貌与结构表征56-59
• 4.4 核壳-结构Ag/TiO_2纳米线和TiO_2纳米晶多层薄膜电池的光电性能测试59-62
• 4.5 核壳-结构Ag/TiO_2和Ti O2纳米晶多层复合薄膜电池的电子传输性能测试62-67
• 4.6 本章小结67-69
• 5 结论与展望69-71
• 5.1 结论69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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