一维纳米材料的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用研究

论文摘要

1991年,Gr?tzel在染料敏化太阳电池研究方面取得了突破性的进展。由于其具有简单的制作工艺、低廉的成本以及较高的光电转化效率,越来越多的科研工作者把注意力集中到染料敏化太阳电池的研究上。电子在半导体氧化物颗粒之间的传输被认为是一种有限的陷阱扩散过程,而陷阱的分布是随机的以至于电子在半导体氧化物之间的传导也是随机的。改善电子传输的有效方法是用线性材料代替二氧化钛纳米晶颗粒作为光阳极,但是这种结构的电池光电转化效率较低。所以,复合物电池是一个较好的切入点。这种电池融合了纳米晶电池高比表面积和一维纳米材料电池较好的电子传输性能,光散射性能等优点。本文利用简单的水热法合成二氧化钛和氧化锌的纳米材料。用SEM和XRD表征手段检测样品的形貌及晶体结构。通过调控实验条件,依据形貌的变化规律推断了两种材料的形成机理,用UV-vis光谱仪检测所合成的具有不同形貌的二氧化钛纳米材料的光散射性能。实验测得样品具有较好的光散射性,这种较高的光散射特性使得它成为制备太阳能电池的理想材料。最后对不同形貌氧化锌的纳米材料的光致发光性能进行分析。按照标准工艺制备了微米球电池并在模拟光源下进行测试。复合物电池共有四种配比（以微米球所占质量分数计）分别为:10wt%、20 wt %, 80 wt %和100 wt %。实验结果表明:在微米球密度较低的条件下,电池展现了较高的光电转化效率。在光强为100 mW/cm2时,P25粉电池的光电转化效率为7%,而含有质量分数为10 wt %微米球复合物电池的光电转化效率为7.92%。当微米球的质量分数超过80 wt %时,线性结构成为复合膜的主要成分,复合物电池具有较低的电流密度。但是,电流随着薄膜厚度的增加而增加,这个现象说明由于纳米线网格的形成改善了电子扩散系数。综上所述,使用纳米颗粒和微米球的复合物制备的太阳电池在进一步提高敏化太阳能电池效率上有着很大的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 太阳电池技术发展
• 1.3 染料敏化太阳电池的历史背景
• 1.4 染料敏化太阳电池的结构及工作原理
• 1.5 染料敏化太阳电池的技术参数
• 1.6 染料敏化太阳电池的结构研究
• 1.6.1 敏化剂
• 1.6.2 半导体氧化物薄膜
• 1.6.3 电解液
• 1.6.4 对电极
• 1.7 染料敏化太阳电池的制备工艺
• 1.8 半导体一维纳米材料在染料敏化太阳电池中的应用
• 1.8.1 一维纳米材料介绍
• 1.8.2 半导体一维材料的合成工艺
• 1.8.3 一维纳米材料在染料敏化太阳电池上的应用
• 1.9 本论文的研究的内容和选题意义
• 1.9.1 研究内容
• 1.9.2 本论文选题的意义
• 第2章 二氧化钛微米球的制备及表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 单分散二氧化钛微米球和纳米棒的合成
• 2.2.3 表征手段
• 2.3 分析与讨论
• 2.3.1 生成二氧化钛纳米棒阵列
• 2.3.2 二氧化钛微球的形成
• 2.3.3 二氧化钛纳米棒和二氧化钛微球形成机理
• 2.3.4 二氧化钛纳米棒和二氧化钛微球的光散射特性
• 2.4 结论
• 第3章 水热法合成氧化锌及其光学性能
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 材料表征
• 3.3.2 生长机理
• 3.3.3 不同形貌氧化锌的光学性能分析
• 3.4 反应条件对氧化锌微观形貌的影响
• 3.4.1 前驱物浓度对氧化锌微观形貌的影响
• 3.4.2 温度变化对氧化锌形貌的影响
• 3.4.3 时间变化对氧化锌形貌的影响
• 3.5 结论
• 第4章 一维纳米材料在染料敏化太阳电池上的应用
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 染料敏化太阳电池的制备
• 4.2.3 I-V 测量
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 P25 电池的工艺优化
• 4.3.2 高效微米球/P25 掺杂电池表征及与纯P25 粉电池参数对比
• 4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文