基于结构和材料耦合的染料敏化太阳能电池的研究

摘要

近年来,太阳能作为一种可代替传统化石燃料的清洁能源得到了越来越广泛的关注,能源危机,温室效应已经使开发这种新型能源便得越来越刻不容缓。染料敏化太阳能电池因其造价低廉,制作方式简单,要求较低而吸引了世界各国学者的注意。然而,当前的染料敏化太阳能电池的效率仍然比较低,难以广泛应用,为此本文中,需要解决的核心问题是如何提高染料敏化太阳能电池的效率,早日实现其产业化。
　　本文采用光子晶体结构和纳米金粒子制备染料敏化太阳能电池,另辟蹊径,分别通过结构耦合共振和材料耦合协同作用两种原理,从理论计算出发,结合实验验证,成功得制备了不同结构、材料的电池,大幅度提升了染料敏化太阳能电池的效率。其中,结构耦合共振是指光子晶体结构与纳米金阵列结合,通过两种周期性结构共同对调控入射光,在某些频率下产生强烈的共振现象,将染料敏化太阳能电池的效率提升了41％。材料耦合协同作用是指利用纳米金粒子与染料之间的协同作用,采用多种染料共同敏化电池,将效率提升了43%。为此,制备的染料敏化太阳能电池效率获得了大幅的提升,距离实际应用更近了一步。另外,这两种方法在太阳能电池的应用上具有独特的创新性以及普适性,完全适用于薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等等。随着材料的日益复杂化,这种耦合的概念也必然会在其他材料领域得到广泛的应用。

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第一章. 绪论

1.1 太阳能电池

1.2 光子晶体

1.3纳米金的局域表面等离子体共振效应

1.4本文内容

第二章. 光子晶体的光学特性

2.1 光子晶体制备和理论计算方法

2.2 光子晶体的形貌分析

2.3 光子晶体光学测试与理论计算结果

2.4 最适合制备DSSC的反模板结构参数

2.5本章小结

第三章. 光子晶体反模板结构的DSSC的性质

3.1 DSSC的组装、表征方法

3.2 工作电极的形貌分析

3.3 DSSC的表征

3.4本章小结

第四章. 利用纳米金阵列与光子晶体的共振耦合提高DSSC的光电转化效率

4.1纳米金及掺杂纳米金的光子晶体DSSC制备方法。

4.2纳米金阵列的能级曲线计算

4.3纳米金溶液的形貌及性质

4.4纳米金三维阵列与光子晶体的能带曲线图

4.5掺杂纳米金的光子晶体DSSC的光学特性

4.6掺杂纳米金的光子晶体DSSC的光电转化特性

4.7本章小结

第五章. 纳米金粒子与染料对耦合提高DSSC的光电转化效率

5.1 多染料敏化DSSC的研究背景

5.2双层染料吸附的空间构型

5.3纳米金与染料对之间的作用机理假设

5.4纳米金掺杂的双染料共敏化太阳能电池的制备方法。

5.5纳米金掺杂的二氧化钛电极的形貌表征

5.6双层染料敏化电极的光学性质

5.7双层染料敏化电极DSSC的光电转换效率

5.8 双层染料敏化对电子在界面上传输的影响

5.9本章小结

第六章. 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文