染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备及光电、储能性能的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSCs）因其低成本、高效率而受到科学界广泛的关注。但是迄今为止，大多数光电池仍然存在着诸多问题，如开路电压较低，光电转换效率仍需进一步提高，电池的使用受环境、天气的影响较为严重等。众所周知，光阳极在很大程度上决定着DSCs的性能，所以本文通过构筑系列功能性DSCs的复合光阳极，使其在保持高的染料吸附效率的基础上，实现减少电子复合、增加开路电压或具备能量储存的目的。具体研究内容如下： 基于ZnO@TiO2复合光阳极的染料敏化太阳能电池光电性能研究。采用简单的一步溶液法，制备出了具有散射入射光和抑制电荷复合作用的多功能复合光阳极。通过XRD、SEM和I-V特性等的测试，研究了不同ZnO生长时间、不同敏化时间和二次修饰对复合光阳极光电性能的影响，结果表明：当ZnO生长时间为60min时，所形成的ZnO阻挡层和花状ZnO结构分别具有抑制电荷复合和增强入射光利用率的作用，并且可以使得开路电压达到0.90V。而通过不同敏化时间的研究，得出了在敏化时间为2h时，可以有效减少ZnO功能层在N719染料中形成不利于电子迁移的Zn2+/dye复合物结构，从而得到了3.86mA/cm2的短路电流密度和0.90V的开路电压。进一步对ZnO功能层进行TiO2修饰，能够有效抑制Zn2+/dye复合物的形成，从而在保持高电压的同时，使电流密度增加到了8.92mA/cm2。 基于MnO2/TiO2复合光阳极的染料敏化太阳能电池光电性能研究。将乙酸锰直接混合在TiO2浆料中，制备出MnO2/TiO2复合光阳极。经SEM、XRD和电池的I-V特性的测试，研究了不同乙酸锰掺入量对复合光阳极光电性能的影响，研究表明：在乙酸锰与TiO2质量比为1:40时，所制备的复合光阳极与单纯的TiO2光阳极的光电转换效率相比提高了17.9%，通过对其电化学阻抗的分析，这种复合光阳极可以有效的抑制电荷复合，增加电子传输寿命。 基于MnO2/TiO2复合光阳极的染料敏化太阳能电池光电转换与原位能量存储性能研究。采用将熔融态的乙酸锰溶于松油醇中，并配制成浆料，制备出一种既具备光电转换功能又同时具备能量存贮性能的复合光阳极。研究表明：MnO2/TiO2结构不仅可以提供大面积的染料吸附空间，还能够有效地进行电荷存储。通过对不同乙酸锰的浓度研究，得出在乙酸锰浓度为0.08M时，染料敏化太阳能电池的比电容量为1.41mF/cm2,同时其光电转换效率为3.55%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 ZnO@TiO2 高电压 MnO2/TiO2 能量存储
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池的概况10-15
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的组成10-12
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理12-13
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的性能参数13-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池光阳极薄膜15-16
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池光阳极薄膜的研究15
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池复合光阳极的研究15-16
• 1.4 染料敏化太阳能电池光电‐储能性能的研究16-18
• 1.5 本课题的研究目的与内容18-19
• 第二章 ZNO@TIO_2复合光阳极的制备及光电性能的研究19-36
• 2.1 实验仪器与药品19-20
• 2.2 实验过程20-22
• 2.2.1 TiO_2 光阳极的制备20-21
• 2.2.2 ZnO@TiO_2复合光阳极的制备21
• 2.2.3 Pt 对电极的制备21
• 2.2.4 电解质的配制21-22
• 2.2.5 电池的封装22
• 2.3 实验结果与讨论22-35
• 2.3.1 ZnO@TiO_2 复合光阳极的形貌结构表征22-26
• 2.3.2 ZnO@TiO_2 复合光阳极的光电特性26-28
• 2.3.3 不同敏化时间对复合光阳极光电性能的影响28-31
• 2.3.4 TiO_2保护层对 ZnO@TiO_2复合光阳极的影响31-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 MNO_2/TIO_2复合光阳极的制备及其光电性能的研究36-44
• 3.1 实验仪器与药品36
• 3.2 实验过程36-37
• 3.3 实验结果与讨论37-42
• 3.3.1 形貌及结构分析37-40
• 3.3.2 复合光阳极光电性能的研究40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 光电转化和能量存储的染料敏化太阳能电池的研究44-53
• 4.1 实验仪器与药品44-45
• 4.2 实验过程45
• 4.3 实验结果与分析45-52
• 4.3.1 复合光阳极形貌及结构的表征45-47
• 4.3.2 MnO_2/TiO_2复合光阳极光电性能和储能性能的研究47-50
• 4.3.3 不同乙酸锰含量对 DSCs 光电性能和储能性能的影响50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 全文总结53-55
• 参考文献55-60
• 发表论文和科研情况说明60-61
• 致谢61-62

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