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TiO2纳米结构染料敏化太阳能电池三区模型仿真

作　者: 王甲子
导　师: 黄其煜
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 染料敏化太阳能电池三区模型二氧化钛
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

相对于传统多晶硅太阳能电池,染料敏化太阳能电池有诸多优点,已经引起许多专家的关注。首先其工艺简单,并不像硅基太阳能电池那样需要昂贵的设备和高洁净的厂房;其次所使用的材料主要为二氧化钛和电解质材料等,不但来源广泛而且非常便宜;除此之外染料敏化太阳能电池和薄膜太阳能电池一样,可以使用柔性基材,有非常广泛的应用。由于二氧化钛纳米结构有较大的粗糙系数,尤其是纳米线、纳米棒和纳米管结构,能够在其表面吸附大量的染料,从而对提高光电池的光电转化效率起到巨大的作用。目前对于二氧化钛纳米结构的研究正处于研究探索阶段,不断有报道新的制作方法涌现。尽管对于染料敏化太阳能电池基本原理已有详细的研究,但是并未有合适的数值模型能够对其器件内部电学特性和外部I-V曲线进行系统的分析。本论文对其工作原理合理简化,将电池考虑为由二氧化钛半导体、赝均匀介质层和电解质层三部分介质组成,应用载流子连续方程和传输方程以及泊松方程对其进行建模。论文讨论了电池内部各部分的电学特性和不同介质层厚度对电池性能的影响,指出了影响电池性能的关键因素为纳米管的长度,并得到了纳米管长度的最佳厚度配置,以得到最优的电池性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
图录  9-11
表录  11-12
第一章绪论  12-28
  1.1 太阳能电池发展  12-13
  1.2 太阳能电池分类  13-19
    1.2.1 硅基太阳能电池  14-16
    1.2.2 多元化合物太阳能电池  16
    1.2.3 聚合物多层修饰太阳能电池  16-17
    1.2.4 二氧化钛染料敏化太阳能电池  17-19
  1.3 染料敏化太阳能电池  19-26
    1.3.1 工作原理  19-20
    1.3.2 导电电极  20
    1.3.3 光阳极  20-21
    1.3.4 染料  21-23
    1.3.5 氧化还原电解质  23-26
    1.3.6 光阴极  26
  1.4 选题目的与意义  26-28
第二章纳米管、纳米棒太阳能电池实验室制备  28-42
  2.1 二氧化钛纳米管染料敏化太阳能电池  28-35
    2.1.1 模板法  29-31
    2.1.2 水热合成法  31-32
    2.1.3 阳极氧化法  32-35
  2.2 二氧化钛纳米棒染料敏化太阳能电池  35-41
    2.2.1 实验原料与设备  37
    2.2.2 实验过程  37-38
    2.2.3 实验结果  38-41
  2.3 本章小结  41-42
第三章纳米管染料敏化太阳能电池建模仿真  42-52
  3.1 染料敏化太阳能电池载流子传输模型  42-43
  3.2 DSC 数值模型  43-51
  3.3 本章小结  51-52
第四章仿真结果分析  52-66
  4.1 程序结构  52
  4.2 仿真结果  52-65
    4.2.1 开路情况  53-57
    4.2.2 短路情况  57-65
  4.3 本章小结  65-66
第五章总结  66-68
  5.1 总结  66-67
  5.2 展望  67-68
参考文献  68-71
附录一数值仿真源代码  71-102
  1 Perl脚本  71-79
  2 matlab 程序  79-102
    2.1 全局变量  79-83
    2.2 电子产生速率Ge  83-88
    2.3 方程求解函数  88-101
    2.4 顶层调用文件  101-102
致谢  102-103
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  103

TiO2纳米结构染料敏化太阳能电池三区模型仿真

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