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染料敏化La~（3+）掺杂的TiO_2纳晶薄膜制备及其光电性能

作　者: 李天广
导　师: 刘江
学　校: 华南理工大学
专　业: 物理化学
关键词: La3+掺杂 TiO2 Sol-Gel法 料浆喷涂法 染料敏化太阳能电池
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 105次
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内容摘要


染料敏化太阳能电池是将自然界的光能转换为电能,具有价格相对低廉、制作工艺简单和对环境无污染的优点,吸引了各国科研工作者对它的研究兴趣。本论文采用Sol-Gel法制备纳米级TiO2粉体,并对合成的粉体进行X射线衍射分析。采用了丝网印刷法和料浆喷涂法制备出TiO2纳晶多孔薄膜,同时比较了通过料浆喷涂法制得的三种不同膜厚的TiO2薄膜的微观结构和电池性能。通过Sol-Gel法合成不同La3+掺杂量的TiO2纳米粉末,利用XRD分析TiO2纳米粉体的成相情况;采用料浆喷涂法成功制备掺杂La3+的TiO2光阳极,并进行了电池的SEM分析和性能测试。XRD分析结果表明,La3+掺杂量控制在0%～1.0%范围内,制得的TiO2特征峰与标准锐钛矿相TiO2晶体的X射线衍射峰基本一致,TiO2的晶体结构没有发生改变,La3+可能部分取代Ti4+,同时形成氧空位;也可能作为填隙原子进入TiO2的晶格,形成稳定的Ti1-3/4xLaxO2固溶体。当La3+掺杂量大于1.0%时,可以发现有金红石型的衍射峰,说明La3+的掺杂可以促使TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,出现同时存在锐钛矿相和金红石相的混晶现象。根据Scherer公式计算,当La3+掺杂量控制在0.5～0.9%区间,TiO2晶粒大小可在10nm内。同时分析了La3+掺杂的作用机理。根据La3+掺杂量为0%、0.3%、0.5%、0.8%和1.0%的DSSC的I-V曲线,La3+掺杂量为0.5%以上时开路电压(Voc)稳定在0.6V左右。由于La3+的掺杂,短路电流有显著的提高,当掺杂量达到0.5%时,Jsc值是5.5mA/cm2,然而再随着La3+的增多,Jsc值逐渐减小。其中,La3+掺杂量有个最佳值,为0.5%,此时DSSC的开路电压是0.608V,短路电流是5.500 mA/cm2,填充因子是0.576,光电转换率达到1.926%。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-30
  1.1 太阳能电池简介  12-13
    1.1.1 课题背景  12
    1.1.2 太阳能电池的概述  12-13
    1.1.3 染料敏化太阳能电池  13
  1.2 染料敏化太阳能电池结构及原理  13-16
  1.3 染料敏化太阳能电池材料  16-28
    1.3.1 纳米半导体薄膜  16-20
    1.3.2 染料敏化剂  20-22
    1.3.3 电解质  22-27
    1.3.4 对电极  27-28
  1.4 本论文研究内容和创新点  28-30
    1.4.1 本论文研究的主要内容  28
    1.4.2 本论文的创新点  28-30
第二章 实验与研究方法  30-35
  2.1 主要试剂及仪器  30-31
    2.1.1 试剂和原料  30-31
    2.1.2 实验仪器  31
  2.2 样品的测试及主要表征方法  31-35
    2.2.1 X 射线衍射分析  31-32
    2.2.2 扫描电子显微镜  32-33
    2.2.3 电池性能测试  33-35
第三章 Sol-Gel 法制备TiO_2 纳米粉体  35-39
  3.1 Sol-Gel 的机理及组成分析  35-37
    3.1.1 Sol-Gel 的生成条件  35-36
    3.1.2 Sol-Gel 形成机理  36
    3.1.3 Sol-Gel 工艺的特点  36-37
  3.2 Sol-Gel 法制备TiO_2 纳米粉末  37-38
    3.2.1 钛溶胶的制备  37
    3.2.2 凝胶化浓缩干燥  37
    3.2.3 焙烧处理  37-38
  3.3 TiO_2 粉末的XRD 分析  38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 TiO_2 薄膜的制备  39-51
  4.1 TiO_2 薄膜的工作原理  39
  4.2 丝网印刷法制备TiO_2 薄膜  39-43
    4.2.1 丝网印刷法工艺介绍  39-40
    4.2.2 丝网印刷法制备TiO_2 薄膜及组装DSSC  40-42
    4.2.3 丝网印刷制备的TiO_2 薄膜的SEM 分析  42-43
    4.2.4 丝网印刷制备的TiO_2 薄膜电池的性能测试  43
  4.3 料浆喷涂法制备TiO_2 薄膜  43-46
    4.3.1 料浆喷涂法工艺介绍  43-44
    4.3.2 料浆喷涂法制备TiO_2 薄膜  44
    4.3.3 料浆喷涂法制备TiO_2 薄膜的SEM 分析  44-45
    4.3.4 料浆喷涂法制备的TiO_2 薄膜DSSC 的性能测试  45-46
  4.4 TiO_2 薄膜厚度对DSSC 的性能影响  46-49
    4.4.1 不同薄膜厚度的TiO_2 薄膜的SEM 分析  47-48
    4.4.2 不同膜厚的TiO_2 薄膜的性能分析  48-49
  4.5 本章小结  49-51
第五章 La~(3+)掺杂的染料敏化太阳能电池制备与性能研究  51-57
  5.1 La~(3+)掺杂的染料敏化太阳能电池制备与工作原理  51
  5.2 不同La~(3+)掺杂量对纳米TiO_2 粉末影响的XRD 分析  51-53
  5.3 不同La~(3+)掺杂量的DSSC 的输出性能分析  53-55
  5.4 不同La~(3+)掺杂量的DSSC 的SEM 分析  55-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-65
攻读硕士学位期间取得的研究成果  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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