ZnO基染料敏化太阳能电池光阳极的制备及光伏性能研究

摘要

在能源危机与环境污染日益凸显和亟待解决的大背景下，以太阳能为代表的新能源的开发与利用，实现能源产业的可持续发展成为缓解能源危机与环境污染局势的关键。太阳能电池作为太阳能光伏应用的有效器件之一，得到了越来越多的科研工作者的研究和关注。本论文对太阳能电池的研究发展状况，尤其是染料敏化太阳能电池(DSSCs)的组成结构、工作原理、光电性能的影响因素以及表征测试方法，做了较为详细的论述，着重把提高ZnO DSSCs的光电转换效率作为本论文工作的出发点，开展了以下几方面的工作：
　　1.通过乙酸锌水溶液处理ZnO纳米晶光阳极，讨论了ZnO纳米晶DSSCs的表面化学修饰处理对 DSSCs光电性能及电化学性能的影响。研究表明乙酸锌水溶液处理 ZnO纳米晶光阳极后，光阳极中形成了纳米团聚体结构，并且随着处理时间的延长，纳米团聚体的数量增多且尺寸分布不均匀，表面有微孔。这样的结构一方面能有效减小纳米晶颗粒间的晶界数，减小光生电子的散射，抑制电子的复合；另一方面，纳米团聚体能起到光散射层的作用，增加光的捕获效率，而表面的微孔有利于电解液的渗入。
　　2.采用同轴静电纺丝法制备了TiO2空心纳米纤维，并经聚乙二醇超声分散后掺入到 ZnO纳米晶浆料中，制备了一系列不同质量分数的电极浆料，再通过传统的刮涂法制备了TiO2/ZnO复合光阳极。研究了TiO2空心纳米纤维作为光散射层对复合光阳极的光捕获效率的影响，结合 ZnO纳米颗粒在染料吸附方面的贡献，讨论了不同质量分数 TiO2空心纳米纤维的掺杂对电池光电转换效率的影响。同时，研究了ZnO与TiO2由于能级结构的差别在复合光阳极中形成的能量势垒对电子注入和复合的影响。结果表明，随着 TiO2空心纤维的掺入，光阳极的光捕获效率逐渐增大，尤其是在600～800 nm的光波区域内。TiO2空心纤维的质量分数为10％时，获得最大的短路电流密度13.15 mA·cm–2和最高的光电转换效率4.59%。
　　3.采用溶胶凝胶法制备前驱体溶液，结合静电喷雾法制备了ZnO纳米球。将其作为阳极材料，组装ZnO纳米球的DSSCs，研究其光电转换性能，并结合暗态下的电化学阻抗谱，研究了 ZnO纳米球光阳极与电解液界面的电子复合情况。结果表明，ZnO纳米球作光阳极能有效抑制电子复合，延长电子寿命。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的发展背景和方向

1.3 DSSCs的结构、工作原理及测试条件和表征参数

1.4 选题背景及研究现状

1.5 本论文的设计思路及主要研究内容

第2章 乙酸锌预处理对ZnO纳米晶DSSCs性能的影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 TiO2 纳米纤维/ZnO 纳米颗粒复合光阳极的制备及光电性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 电喷法制备ZnO纳米球及其用作DSSCs光阳极的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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