基于单分散纳米颗粒的光阳极材料的制备及应用性能研究
发布时间：2022-01-17 17:38
染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell,DSSC）由于绿色环保、原材料丰富、制作工艺简单且成本低、光电转换效率（photoelectric conversion efficiency,PCE）较高等诸多优势,具有良好的开发应用潜能。针对光阳极的研究一直是DSSC研究的重点,多分支TiO2纳米线阵列由于具备快速的电子传输通道、较好的光散射能力和较高的比表面积,成为最具潜力的光阳极材料之一。此外,利用贵金属的局域表面等离子体共振效应,将贵金属纳米材料与TiO2复合,可以极大地提高光阳极对入射光的吸收利用率,从而提高DSSC的PCE值。论文采用单分散TiO2纳米颗粒为晶种制备多分支TiO2纳米线光阳极材料,并与采用超重力法合成的单分散银纳米颗粒（Ag nanoparticles,Ag NPs）进行复合,制备具有良好光电性能的TiO2/Ag复合光阳极材料,重点研究制备工艺条件对光阳极材料形貌和光电性能的影响。主要研究内容及结论如下。采用平均粒径约为5 nm、单分散于甲苯中的TiO2纳米颗粒为晶种,利用溶剂热法制备了具有多分支结构的TiO2纳米线阵列光阳极材料,研...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＤＳＳＣ结构及光电转换原理图解??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＤＳＳＣ??
?北京化工大学硕士学位论文???２０－Ｉ???巧?」ｍａｘ??ｉ?１６?ｐ??＿??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８??Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）?／ｎａｘ?＾〇ｃ??图１－２?ＤＳＳＣ电流密度－电压典型曲线??Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ－ｖｏｌｔａｇｅ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＤＳＳＣ??ＤＳＳＣ的Ｊ－Ｖ性能测试在标准条件下进行，测试条件为：具有ＡＭ?１．５太阳??光光谱分布的光源，入射光强度为１００?ｍＷ／ｃｍ２，测试温度为（２５±２）?°Ｃ。典??型的Ｊ－Ｖ曲线如图１－２所示，以电压为横坐标、短路电流密度为纵坐标。电池开??路电压表示的是当电流为零时的电池电压，在图中Ｊ－Ｖ曲线与横轴的交点对应的??值即开路电压值（见图中Ｋｅ）；电池短路电流密度表示的是当电压为零时单位面??积上电池的电流值，图中Ｊ－Ｖ曲线与纵轴的交点对应的值即短路电流密度的值??（见图中Ｊｓｃ）；在Ｊ－Ｖ曲线上总能找到一个点，该点处电压与电流密度的乘积最??大，则该点所对应的横、纵坐标即为和Ｊｍａｘ，该乘积即Ｐｍａｘ，其物理意义为??电池工作时实际所能达到的最大功率。??若将入射光功率定义为则填充因子ＦＦ可用如下式（１－７）计算得出：??ｐ?／?ｘ?Ｆ??ＦＦ?＝?—ＥＳｉ—?＝?———ｍｓ＊．?式（１－７）??＊４Ｘ匕?ＪｓｃｘＶｏｃ??电池的光电转换效率ＰＣＥ可用如下式（１－８）计算得出：??ｐ?ｊ?Ｘｘ?ＰＦ??ＰＣＥ（％）?＝?－＾?ｘ?１００％?＝￣ａｓ?ｘ?１?〇〇％?式（１?－８?）??Ｐｍ?Ｐｍ??１．２．２．２入射单色光光
为：??ＩＰＣＥ（／ｌ）?＝?ＬＨＥ（／ｌ）＾ｉｎｊ（Ａ）＾ｃ（Ａ）?式（１?－１０）??由于ＩＰＣＥ测量的是单色光下的转换效率，故通过ＩＰＣＥ曲线很容易看出??ＤＳＳＣ对哪一波段的光具有更好的吸收并转化的效果，对于光阳极材料和染料性??能的评价也有一定的参考价值。??１．２．２．３电化学阻抗谱表征??电化学阻抗谱（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?ｉｍｐｅｄａｎｃｅ?ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，?ＥＩＳ）是表征?ＤＳＳＣ??电池内部电阻及电荷传输性能的有效手段。ＤＳＳＣ可以转换成图１－３?（ａ）所示的??等效电路模型，其中，凡是ＤＳＳＣ中各部分与基底接触处的串联电阻，Ａ是对??电极与电解质之间的电荷传输电阻，是光阳极／染料／电解质界面间的电荷传输??电阻，呎为电解质中离子扩散电阻（也被称为Ｗａｒｂｕｒｇ扩散阻抗），ＣＰＥ１和ＣＰＥ２??分别是与凡和办对应的恒相位角元件［９，１（）］。将ＤＳＳＣ进行阻抗测试，测试数据??通过软件模拟可以得到模型中各参数的值。??Ｒｓ?ＣＰＥ１?ＣＰＥ２??（ａ）?—＾一Ｔ?？?＾ＴＴ￣??Ｒｓ?ＣＰＥ１?ＣＰｔ２??（ｂ）??图１－３?ＤＳＳＣ等效电路（ａ）基本模型；（ｂ）简化模型??Ｆｉｇ．?１－３?ＤＳＳＣ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?（ａ）?ｂａｓｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ??５??
本文编号：3595153
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＤＳＳＣ结构及光电转换原理图解??Ｆｉｇ．?１－１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＤＳＳＣ??
?北京化工大学硕士学位论文???２０－Ｉ???巧?」ｍａｘ??ｉ?１６?ｐ??＿??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８??Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）?／ｎａｘ?＾〇ｃ??图１－２?ＤＳＳＣ电流密度－电压典型曲线??Ｆｉｇ．?１－２?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ－ｖｏｌｔａｇｅ?ｔｙｐｉｃａｌ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＤＳＳＣ??ＤＳＳＣ的Ｊ－Ｖ性能测试在标准条件下进行，测试条件为：具有ＡＭ?１．５太阳??光光谱分布的光源，入射光强度为１００?ｍＷ／ｃｍ２，测试温度为（２５±２）?°Ｃ。典??型的Ｊ－Ｖ曲线如图１－２所示，以电压为横坐标、短路电流密度为纵坐标。电池开??路电压表示的是当电流为零时的电池电压，在图中Ｊ－Ｖ曲线与横轴的交点对应的??值即开路电压值（见图中Ｋｅ）；电池短路电流密度表示的是当电压为零时单位面??积上电池的电流值，图中Ｊ－Ｖ曲线与纵轴的交点对应的值即短路电流密度的值??（见图中Ｊｓｃ）；在Ｊ－Ｖ曲线上总能找到一个点，该点处电压与电流密度的乘积最??大，则该点所对应的横、纵坐标即为和Ｊｍａｘ，该乘积即Ｐｍａｘ，其物理意义为??电池工作时实际所能达到的最大功率。??若将入射光功率定义为则填充因子ＦＦ可用如下式（１－７）计算得出：??ｐ?／?ｘ?Ｆ??ＦＦ?＝?—ＥＳｉ—?＝?———ｍｓ＊．?式（１－７）??＊４Ｘ匕?ＪｓｃｘＶｏｃ??电池的光电转换效率ＰＣＥ可用如下式（１－８）计算得出：??ｐ?ｊ?Ｘｘ?ＰＦ??ＰＣＥ（％）?＝?－＾?ｘ?１００％?＝￣ａｓ?ｘ?１?〇〇％?式（１?－８?）??Ｐｍ?Ｐｍ??１．２．２．２入射单色光光
为：??ＩＰＣＥ（／ｌ）?＝?ＬＨＥ（／ｌ）＾ｉｎｊ（Ａ）＾ｃ（Ａ）?式（１?－１０）??由于ＩＰＣＥ测量的是单色光下的转换效率，故通过ＩＰＣＥ曲线很容易看出??ＤＳＳＣ对哪一波段的光具有更好的吸收并转化的效果，对于光阳极材料和染料性??能的评价也有一定的参考价值。??１．２．２．３电化学阻抗谱表征??电化学阻抗谱（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?ｉｍｐｅｄａｎｃｅ?ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，?ＥＩＳ）是表征?ＤＳＳＣ??电池内部电阻及电荷传输性能的有效手段。ＤＳＳＣ可以转换成图１－３?（ａ）所示的??等效电路模型，其中，凡是ＤＳＳＣ中各部分与基底接触处的串联电阻，Ａ是对??电极与电解质之间的电荷传输电阻，是光阳极／染料／电解质界面间的电荷传输??电阻，呎为电解质中离子扩散电阻（也被称为Ｗａｒｂｕｒｇ扩散阻抗），ＣＰＥ１和ＣＰＥ２??分别是与凡和办对应的恒相位角元件［９，１（）］。将ＤＳＳＣ进行阻抗测试，测试数据??通过软件模拟可以得到模型中各参数的值。??Ｒｓ?ＣＰＥ１?ＣＰＥ２??（ａ）?—＾一Ｔ?？?＾ＴＴ￣??Ｒｓ?ＣＰＥ１?ＣＰｔ２??（ｂ）??图１－３?ＤＳＳＣ等效电路（ａ）基本模型；（ｂ）简化模型??Ｆｉｇ．?１－３?ＤＳＳＣ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?（ａ）?ｂａｓｉｃ?ｍｏｄｅｌ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ??５??
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