学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

染料吸附后的界面修饰与复合敏化及其光伏特性的研究

作　者: 高瑞
导　师: 王立铎
学　校: 清华大学
专　业: 化学
关键词: 染料敏化太阳能电池染料吸附后的界面修饰染料团聚电荷复合交替多层结构复合敏化
分类号: TM914.4
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 14次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，简称DSCs）是清洁能源领域中备受关注的研究方向，界面修饰和复合敏化是DSCs研究中的重要课题。本论文针对DSCs中光阳极/染料/电解质界面处染料的团聚、染料和光阳极的能级匹配、电子注入与电子反向复合、界面电子过程等关键科学问题，开展了染料吸附后的界面修饰及其光伏特性的研究；以界面修饰材料为载体层组装了交替多层结构，研究了交替多层结构复合敏化及其界面电子过程等。主要研究成果如下：（1）研究了染料吸附后的界面修饰材料和方法。将4-叔丁基吡啶（TBP）用于染料吸附后的界面修饰，而不是添加到电解质中。TBP的界面修饰削弱了染料的团聚，抑制了电荷复合，同时避免了其对电解质中电荷传输的阻挡作用，改善了电池的转换效率。但TBP与染料分子之间的相互作用会降低染料的LUMO能级，导致电子注入效率下降，从而降低短路电流。（2）首次把醋酸镁（Mg（OAc）₂）用作界面修饰材料，研究了染料吸附后Mg（OAc）₂的界面修饰及其光伏特性。红外光谱及循环伏安结果表明Mg（OAc）₂与N3染料分子之间的相互作用削弱了染料团聚，阻挡了电荷复合，同时提高了N3分子的LUMO能级，从而提升了电子注入效率。Mg（OAc）₂界面修饰有效改善了DSCs的光电转换效率和稳定性。（3）在TBP和Mg（OAc）₂等修饰材料研究基础上，把多功能修饰材料8-羟基喹啉铝（Alq₃）用于染料吸附后的界面修饰，研究结果表明，Alq₃的界面修饰阻挡了电荷复合。同时，Alq₃和N3染料之间的福斯特共振能量转移（F rster resonance energytransfer, FRET）增加了电池光响应。（4）研究了交替多层结构复合敏化及其光伏特性。利用TiO₂平整膜简化模型，研究了适用于交替多层结构的载体材料的性质；组装了N3/Al₂O₃/N3交替多层结构，该结构能有效提高光吸收，阻挡暗反应，改善界面电子传输，从而提高电池效率；组装了N3/Al₂O₃/N749交替多层结构，该结构有效拓宽了电池光响应范围，同时降低暗电流，进而提高了电池的转换效率。基于交流阻抗的结果建立了等效电路模型，利用该模型对界面电子过程模拟得到的数据和实验测量值相吻合，从理论上解释了交替多层结构对界面阻抗特性以及电子注入与复合等过程的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
主要符号对照表  8-9
第1章引言  9-33
  1.1 染料敏化太阳能电池  9-21
    1.1.1 光伏太阳能电池  9-11
    1.1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理  11-14
    1.1.3 纳米多孔光阳极  14-17
    1.1.4 敏化剂  17-19
    1.1.5 电解质  19-21
    1.1.6 对电极  21
  1.2 DSCs 中的界面修饰和复合敏化研究现状  21-31
    1.2.1 界面修饰  21-26
    1.2.2 复合敏化  26-31
  1.3 论文的研究思路及主要内容  31-33
第2章实验方法  33-43
  2.1 试剂与仪器  33-36
    2.1.1 主要试剂  33-35
    2.1.2 主要仪器  35-36
  2.2 材料的选择和制备  36-37
    2.2.1 TiO_2纳米晶溶胶的制备  36
    2.2.2 准固态电解质的制备  36
    2.2.3 Pt 对电极的制备  36-37
  2.3 TiO_2纳米多孔薄膜及 DSCs 器件的制备  37-38
    2.3.1 FTO 导电玻璃的清洗  37
    2.3.2 TiO_2致密膜制备  37
    2.3.3 TiO_2多孔光阳极的制备  37
    2.3.4 染料吸附  37-38
    2.3.5 染料吸附后的界面修饰以及交替多层结构的制备  38
    2.3.6 电池组装  38
  2.4 太阳能电池的性能参数和测试  38-41
    2.4.1 太阳光谱  38-40
    2.4.2 太阳能电池的基本参数  40-41
  2.5 DSCs 性能参数测试  41-43
    2.5.1 太阳能电池光伏特性测试  41-42
    2.5.2 交流阻抗测试  42
    2.5.3 电子寿命/电子传输测试  42
    2.5.5 IPCE 测试  42-43
第3章染料吸附后的界面修饰及其光伏特性的研究  43-81
  3.1 TBP 的界面修饰及其光伏特性的研究  44-56
  3.2 醋酸镁的界面修饰及光伏特性的研究  56-69
  3.3 8-羟基喹啉铝的界面修饰及光伏特性的研究  69-80
  3.4 本章小结  80-81
第4章交替多层复合敏化及其光伏特性的研究  81-109
  4.1 使用平整膜简化模型优化交替多层结构中的载体材料  82-90
  4.2 N3/Al_2O_3/N3 交替多层结构及其光伏特性的研究  90-94
  4.3 N3/Al_2O_3/N749 交替多层结构及其光伏特性的研究  94-108
  4.4 本章小结  108-109
第5章结论  109-111
  5.1 主要结论  109-110
  5.2 主要创新点  110-111
参考文献  111-124
致谢  124-126
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  126-127

染料吸附后的界面修饰与复合敏化及其光伏特性的研究

内容摘要

全文目录

相似论文