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Er/Nd掺杂TiO_2基光阳极的改性及光电性能研究

作　者: 周密
导　师: 杨玉林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 无机化学
关键词: 染料敏化太阳能电池 稀土 复合光阳极 上转换发光 可见光吸收
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


染料敏化太阳能电池由于其低污染、低成本等优势，成为太阳能电池发展的一个重要方向。由纳米材料制得的光阳极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分之一。本论文的主要研究方向是对染料敏化光阳极材料掺杂改性，制备出Er/Nd掺杂TiO2纳米晶多孔薄膜电极和Er、N共掺杂TiO2光阳极材料，通过各种表征测试方法对掺杂TiO2光阳极材料及其光电性能进行研究；论文还通过对光阳极进行表面修饰，与未经表面修饰的纯的TiO2光阳极进行对比研究。通过溶胶凝胶法，制备的Er掺杂TiO2具有锐钛矿晶相。通过对光阳极材料样品进行XRD, SEM, SPS和XPS等表征测试手段，对Er掺杂TiO2进行结构和性能表征。结果表明: Er掺杂TiO2电池光电转化效率高于纯的TiO2，当2at% Er掺杂TiO2和纯TiO2的复合比例达到7:5时光电流密度，开路电压和光电转化效率分别达到13.38 mA cm-2, 0.78 V和6.63%。交流阻抗（EIS）分析通过对电池界面电阻的研究分析证明了上述结果。实验中用溶胶凝胶法制得了Nd掺杂TiO2和用浸渍法制得了Er、N共掺杂TiO2两种新的光阳极材料，将它们组装成电池进行测试，其光电转化效率低于纯TiO2。为了达到提高DSSC光电转化效率的目的，本实验采用四氯化钛对纯的TiO2光阳极进行表面修饰，改善光阳极薄膜的电荷传输结构，通过缩短光生载流子的传输途径，达到改善电池性能的目的。经研究发现经过四氯化钛表面修饰液修饰过的电池光电性能得到了明显的改善。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 DSSC 的基本组织结构及基本工作原理  10-11
  1.3 DSSC 的组成部分  11-15
    1.3.1 染料  11-12
    1.3.2 阳极材料  12-14
    1.3.3 电解质  14
    1.3.4 对电极  14-15
  1.4 DSSC 的应用  15-16
  1.5 本论文的立题思想及工作内容  16-18
第二章 实验条件及研究方法  18-26
  2.1 实验药品与仪器  18-19
    2.1.1 实验仪器  18
    2.1.2 实验药品  18-19
  2.2 评价染料敏化太阳能电池的参数  19-20
    2.2.1 短路光电流密度（J）和开路光电压（V）  19
    2.2.2 填充因子  19-20
    2.2.3 电池单色光光电转化效率  20
    2.2.4 电池光电转换效率η(％)  20
  2.3 纳米二氧化钛的制备方法  20-21
    2.3.1 溶胶凝胶法  20
    2.3.2 水热法  20-21
    2.3.3 电化学沉积法  21
  2.4 表征测试方法  21-22
    2.4.1 透射电子显微镜  21
    2.4.2 扫描电子显微镜  21
    2.4.3 X-射线粉末衍射  21
    2.4.4 紫外-可见光谱分析  21-22
    2.4.5 电池光电性能测试  22
    2.4.6 交流阻抗性能测试  22
  2.5 稀土掺杂纳米晶二氧化钛光阳极材料的制备  22-23
  2.6 复合电极的制备及电池组装  23-26
    2.6.1 复合光阳极的制备  23-24
    2.6.2 阴极的制备  24
    2.6.3 染料和电解液的制备  24-26
第三章 Er/Nd 掺杂TiO_2 复合材料的制备及光电性能研究  26-45
  3.1 不同Er 掺杂比例二氧化钛粉体的表征  26-39
    3.1.1 Er 掺杂TiO_2 X 射线粉末衍射分析  26-27
    3.1.2 不同掺杂比例Er 掺杂TiO_2 的扫描电子显微镜分析  27-28
    3.1.3 不同光阳极材料的紫外可见吸收光谱分析  28-30
    3.1.4 2at% Er 掺杂TiO_2 粉体X 射线光电子能谱分析  30
    3.1.5 2at% Er 掺杂TiO_2 粉体上转换发光测试分析  30-31
    3.1.6 2at% Er 掺杂TiO_2 的SPS 分析  31-33
    3.1.7 Er 掺杂TiO_2 电池光电性能测试  33-39
  3.2 Nd 掺杂TiO_2 纳米粉体制备和电池性能测试  39-43
    3.2.1 Nd 掺杂TiO_2 纳米粉体的制备  39
    3.2.2 不同掺杂比例Nd 掺杂TiO_2 的扫描电子显微镜分析  39-40
    3.2.3 Nd 掺杂TiO_2 纳米粉体复合电极的制备及光电性能的测试  40-43
  3.4 电池光阳极的表面修饰研究  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 Er、N 共掺杂TiO_2 复合光阳极材料的制备及光电性能研究  45-53
  4.1 Er、N 共掺杂TiO_2 复合光阳极材料的制备及光电性能测试  45-49
    4.1.1 Er、N 共掺杂TiO_2 复合光阳极材料的制备  45-46
    4.1.2 Er、N 共掺杂TiO_2 复合光阳极材料光电性能测试  46-49
  4.2 Er 掺杂P25 复合光阳极材料的制备及光电性能测试  49-51
    4.2.1 Er 掺杂P25 复合光阳极材料的制备  49-50
    4.2.2 Er 掺杂P25 复合光阳极材料光电性能研究  50-51
  4.3 本章小结  51-53
结论  53-55
参考文献  55-62
致谢  62

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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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