柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备

摘要

柔性染料敏化太阳能电池光阳极材料的选取对电池的光伏性能有很大影响。宽禁带半导体材料TiO2纳米晶光阳极薄膜由于其具有较大的表面积可以吸附大量染料，但在低温条件下制备会导致纳米颗粒的粘结性较差，影响电池的光电性能。一维TiO2纳米管具有较好的化学稳定性及光电特性，是一种非常优异的电荷分离和传输载体，将其应用于太阳能电池光阳极材料中有望提高电池的光电性能，在TiO2纳米管基础上对其结构进行改进和完善可以进一步优化其性能。基于这一研究现状，本文制备了TiO2纳米晶薄膜和TiO2纳米管薄膜柔性光阳极，分别对不同形貌的TiO2纳米材料在太阳能电池器件方面的应用进行研究和探讨。主要研究内容包括：
　　⑴采用球磨法制备TiO2纳米晶浆料，通过加入氧化石墨烯来提高浆料的粘性。在不同的氧化石墨烯含量中，氧化石墨烯质量分数1wt％的光阳极获得最高的光电转换效率1.12%。随着浆料中氧化石墨烯含量的增加，光阳极薄膜对染料的吸附量增加，电池的光电效率提高；同时氧化石墨烯含量过高时会影响染料对光的吸收作用，阻碍光阳极膜内的电子传输通道，造成电池效率降低。
　　⑵采用两步电化学阳极氧化法，在Ti箔表面制备出排列有序的自支撑圆柱形TiO2纳米管阵列薄膜，通过控制氧化时间来控制纳米管的长度，将其应用于柔性染料敏化太阳能电池光阳极中，有利于其组装的电池采用光线由正面入射的方式，避免背光入射模式下造成的入射光损失。当纳米管长度为20μm时电池的短路电流密度(Jsc)为7.35 mA/cm2，开路电压(Voc)为668 mV，填充因子(FF)为0.680，光电转换效率(η)为3.44%。相对于长度为30μm的纳米管薄膜组装成的电池来说，短路电流密度提高7.6%，其光电转换效率提高11.7%。这是由于随着纳米管长度的增加，光阳极对染料的吸附量增加，进而光电转换效率增大；当纳米管长度过长时管内外会存在较多的缺陷形成电子-空穴的复合中心，增大电子空穴的复合几率，进而影响电池的光伏性能。
　　⑶通过在阳极氧化过程中调节氧化电压，制备出具有特殊圆锥形貌的自支撑TiO2纳米管阵列薄膜。通过XRD、SEM、UV-Vis等测试手段对制备的圆锥形纳米管进行结构，形貌及吸光性能的表征。长度为14μm的圆锥形纳米管光电转换效率(η)为3.78%，相比于同长度的圆柱形纳米管，其光电转换效率提高28.6%。圆锥形纳米管相对于圆柱形纳米管有更强的光捕获能力和优异的光电性能，这主要得益于特殊的圆锥形貌。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的分类和发展

1.3 染料敏化太阳能电池

1.4 柔性染料敏化太阳能电池光阳极的研究进展

1.5 论文研究的科学意义及研究的主要内容

第2章 TiO2纳米材料光阳极的制备及其结构与性能表征方法

2.1 主要实验药品与仪器

2.2氧化石墨烯/TiO2纳米晶柔性光阳极的制备

2.3 自支撑的TiO2纳米管阵列薄膜的制备过程

2.4 柔性染料敏化太阳能电池的制备及组装

2.5 柔性染料敏化太阳能电池的结构与性能表征方法

第3章 氧化石墨烯/TiO2纳米晶柔性光阳极

3.1 引言

3.2 氧化石墨烯/TiO2纳米晶薄膜的表征分析

3.3 本章小结

第4章 圆柱形TiO2纳米管薄膜柔性光阳极

4.1 引言

4.2 圆柱形TiO2纳米管阵列的表征分析

4.3 圆柱形TiO2纳米管阵列薄膜在柔性染料敏化太阳能电

4.4 圆柱形TiO2纳米管阵列薄膜太阳能电池的机理研究

4.5 本章小结

第5章 圆锥形TiO2纳米管薄膜柔性光阳极

5.1 引言

5.2 圆锥形TiO2纳米管阵列的制备及结构形貌分析

5.3 圆锥形 TiO2纳米管阵列在柔性染料敏化太阳能电池中

5.4 圆锥形TiO2纳米管阵列薄膜吸光机理的研究

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢