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二氧化钛/染料/聚苯胺结构太阳能电池的制备与研究

作　者: 容齐坤
导　师: 李玲
学　校: 暨南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 溶胶凝胶法纳米TiO2薄膜染料聚苯胺染料敏化太阳能电池
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着全世界经济的不断发展以及矿物质资源逐渐的枯竭,太阳能资源的开发利用越来越受到人们的关注,染料敏化太阳能电池(DSSC)是开发利用太阳能的有效途径之一。DSSC以相对低廉的价格,简单的制作工艺和潜在的高光电转换效率,在大面积工业化生产中具有较大的优势,同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的,对保护人类环境具有重要的意义,使它有可能取代传统硅系太阳能电池成为未来太阳能电池的主导。基于目前国内外染料敏化太阳能电池的发展状况,本论文主要做了以下几项工作：(1)通过溶胶-凝胶法制备TiO2多孔薄膜,掺杂不同的金属元素制备M-TiO2 (M=K、Na、Mg、Ca、Co、Sn、Fe、Ni)纳米薄膜电极,XRD、AFM、UV-Vis检测M-TiO2结构、形貌和性能。研究结果表明：掺杂2%(mol%)的金属离子没有改变TiO2的晶格结构,但其吸收峰在可见光区都发生明显的红移,禁带宽度降低,特别是Mg-TiO2和Ni-TiO2电极的禁带宽度都同样达到2.75ev,掺杂后的M-TiO2电极比没有掺杂的TiO2电极更适合做染料敏化太阳能电池的光阳极。(2)从紫苏叶子和花菜提取天然染料作为敏化剂,并对其吸收光谱和敏化效果进行了分析,天然染料在可见光670nm出现吸收峰,对掺杂2%和2.5%molMg离子的TiO2电极起到了很好的敏化效果。(3)采用微乳液聚合的方法制备了本征态的聚苯胺(PANI),使用质子酸掺杂的办法对本征态的聚苯胺进行了导电掺杂。发现本征态态聚苯胺在400nm处有较强的吸收峰,掺杂态聚苯胺在400nm处的吸收峰强度下降以至于消失,而在750nm-800nm处出现较宽的吸收峰。成膜之后的导电聚苯胺材料表面平整均一,粗糙度较小,成膜质量良好,采用四探针测电导率的方法测定了掺杂态聚苯胺的电导率,得到的电导率为2.58S·cm-1。(4)对制备的器件进行了欧姆接触性能和整流特性测试,得到了器件材料之间是良好的欧姆接触,具有良好的整流特性。比较了不同的阴极材料和不同Mg离子浓度掺杂TiO2光阳极对器件光电性能的影响,结果显示用ITO作为对电极比用Al的更有优势,掺杂1.5%molMg离子制备的ITO/1.5.Mg-TiO2/Dye/PANI/ITO太阳能电池器件获得了更好的电池性能,开路电压和短路电流分别达到247mV和0.3 mA。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 DSSC的结构及其原理  11-13
  1.3. 国内外研究与应用现状  13-14
  1.4 光阳极的研究进展  14-15
  1.5 敏化染料的研究进展  15-17
  1.6 电解质的研究进展  17-19
  1.7 对电极的研究进展  19
  1.8 DSSC现存主要问题  19-20
  1.9 本文研究的主要内容  20-22
第二章二氧化钛薄膜的制备  22-34
  2.1 纳米TiO_2的结构和特性  22-23
  2.2 纳米TiO_2薄膜制备方法  23
  2.3 纳米TiO_2的改性  23-25
  2.4 纳米TiO_2薄膜的制备及表征  25-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章天然染料敏化剂的制备  34-40
  3.1 敏化剂的特性  34
  3.2 天然敏化剂的制备和表征  34-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章聚苯胺的制备  40-48
  4.1 聚苯胺的结构和导电机理  40
  4.2 聚苯胺的合成方法  40-42
  4.3 聚苯胺的应用  42
  4.4 聚苯胺的制备与表征  42-46
  4.5 本章小结  46-48
第五章染料敏化太阳能电池的制作及测试  48-60
  5.1 太阳能电池的性能指标  48-50
  5.2 电池制作的工艺流程  50-54
  5.3 太阳能电池的特性测试  54-57
  5.4 本章小结  57-60
第六章总结和展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74-76
致谢  76

二氧化钛/染料/聚苯胺结构太阳能电池的制备与研究

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