染料敏化太阳能电池碳纳米管对电极和二氧化钛光阳极的研究

摘要

染料敏化太阳能电池由于自身的低成本、环境友好、在弱光条件下性能良好及制备流程简单等特性，引起了工业界和学术界的广泛关注。在染料敏化太阳能电池中，对电极催化还原电解质的能力、光阳极的结构及对染料的吸附量等都是影响染料敏化太阳能电池效率的关键因素。本论文从染料敏化太阳能电池的碳纳米管对电极和二氧化钛光阳极两个方面进行研究来提高电池效率并降低器件成本，主要研究内容如下：
　　1.将不同形貌的碳纳米管应用到染料敏化太阳能电池对电极，作为Pt电极的替代材料。研究发现长的碳纳米管比短的碳纳米管有更好的电催化活性，以长碳纳米管为对电极的电池获得了2.42％的光电转换效率，比短的碳纳米管的效率提高了19.8%；阵列碳纳米管比长碳纳米管的电催化活性更好，其相应的染料敏化太阳能电池获得了2.95%的光电转换效率。
　　然而，由于碳纳米管极易团聚，影响了其电催化活性，故采用溶菌酶、十六烷基氯化吡啶、脱氧胆酸钠及聚乙二醇辛基苯基醚等表面活性剂等对碳纳米管进行非共价修饰来提高碳纳米管的分散性并将其应用于染料敏化太阳能电池对电极。在修饰后的碳纳米管中，聚乙二醇辛基苯基醚修饰的碳纳米管具有更好的分散性和电催化性能，以其为对电极的电池性能也是最优的。
　　2.以硫酸钛为前驱体，采用水热法制备出不同表面形貌的二氧化钛微球，并将其应用于染料敏化太阳能电池光阳极。研究发现，与结构紧实的二氧化钛微球相比，结构疏松、表面粗糙且结晶度更好的二氧化钛微球作为光阳极，染料敏化太阳能电池可以表现出更好的光电性能。
　　为了进一步增加光阳极薄膜的附着力，以不同添加量的钛酸丁酯为前驱体，盐酸及去离子水作为溶剂，通过水热法在不同温度下直接在FTO导电玻璃衬底上生长二氧化钛纳米花。当调整水热反应体系中钛前驱体的用量为1.5ml时，生长出形貌均一的二氧化钛纳米花，以之作为光阳极的电池能够获得最高的光电转换效率（1.83%）。进而调整反应温度，当反应温度从150℃升高165℃，相应的电池效率从0.14%提高至0.39%；当反应温度降低至135℃，相应的电池效率也降低。结果说明直接生长二氧化钛纳米膜体系反应温度的升高有利于改善染料敏化太阳能电池性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 染料敏化太阳能电池的发展

1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理

1.3．染料敏化太阳能电池重要组成部分对电池性能的影响

1.4 染料敏化太阳能电池的主要评价参数

1.5 本论文的设计思想和研究内容

第二章 实验方案及表征方法

2.1 实验原料、试剂及仪器

2.2 样品表征方法

第三章 不同形貌碳纳米管在DSSCs对电极的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 非共价功能化碳纳米管在DSSCs对电极的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4小结

第五章 水热法合成二氧化钛微球在DSSCs光阳极的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第六章 直接在FTO玻璃上生长二氧化钛纳米花及其在DSSCs光阳极的应用

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 小结

第七章 结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢