染料敏化镍掺杂、硅掺杂二氧化钛太阳能电池的性能研究

摘要

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种把太阳能转化为电能的一项技术，因为它的制作成本低廉，转换效率较高，在新能源利用方面具有很大的发展潜力。其中，TiO2是一种理想的阳极材料，它能与染料分子N719的能级很好地匹配，有利于光生电子的转移。但是注入到TiO2导带中的电子易于价带中的光生空穴、电解液中的离子(如I3-)发生复合反应，这影响了染料敏化太阳能电池的光电转换效率的提高。本论文重点研究了上述问题，制备了一系列的能使太阳能电池转换效率提高的TiO2纳米材料，通过各种测试表征，分析了其物理化学性质及光电转换效率提高的机理。本论文主要由以下内容:
　　1.利用溶胶凝胶法制备出一系列掺Ni的TiO2纳米粉末，运用刮涂法得到了N719染料敏化薄膜电极。通过样品的Ⅰ-Ⅴ测试结果，得出掺Ni的样品的光电转换效率都比纯的TiO2高，其中掺杂浓度为0.2％时效率最高，提高了45％。通过X射线衍射谱(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)及表面光电流作用谱分析得出了，Ni的掺杂方式是取代式掺杂，在导带下0.26eV处形成了掺杂能级，提高了电子转移到FTO表面的能力，减少了与价带光生空穴复合的电子数目，光电流随之增强，从而电池的光电转换效率明显提高。
　　2.运用溶胶凝胶法合成出一系列非金属Si掺杂的TiO2纳米粉末，在FTO的表面利用刮涂法制备出了均匀的阳极薄膜，并在N719染料溶液中进行浸泡得到了FTO/TiO2-Six％/N719敏化薄膜电极，由Ⅰ-Ⅴ测试结果计算得出掺杂量为0.5％是光电转换效率最高，提高了19％。通过XRD、UV-Vis DRS、XPS、PL等测试表征方法分析得出在导带下0.6eV处形成了Ti-O-Si物种的表面态能级，通过表面光电流作用谱分析了光生电子转移的机理。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 研究背景

1．1．1 太阳能特点及利用形式

1．1．2 太阳能电池的发展历史及其种类

第二节 TiO2材料

1．2．1 TiO2的晶体结构

1．2．2 TiO2的光学性质

1．2．3 TiO2材料的合成方法

1．2．4 TiO2薄膜的研究及进展

1．2．5 TiO2薄膜的应用

第三节 染料敏化太阳能电池工作原理

1．3．1 染料敏化太阳能电池的组成结构

1．3．2 染料敏化太阳能电池的工作原理

1．3．3 染料敏化太阳能电池的性能表征

第四节 染料敏化太阳能电池TiO2薄膜的研究现状

1．4．1 TiO2薄膜的表面处理

1．4．2 TiO2薄膜的核壳复合敏化

1．4．3 TiO2薄膜的离子掺杂

1．4．4 纳米结构TiO2薄膜

第五节 选题的意义及主要研究内容

第二章 Ni离子掺杂TiO2对N719敏化太阳能电池光电转换率影响的研究

第一节 前言

第二节 实验部分

2．2．1 实验药品及主要仪器设备

2．2．2 样品的制备

2．2．3 样品的表征

2．2．4 染料敏化太阳能电池光电转换效率的测定

第三节 实验结果和讨论

2．3．1 FTO／TiO2-Nix％／N71 9薄膜电极光电转换效率

2．3．2 TiO2-Nix％的结构与能带特征

2．3．3 电池阳极样品薄膜的表面光电流作用谱

2．3．4 染料敏化样品薄膜的表面光电流作用谱

第四节 本章小结

第三章 Si离子掺杂TiO2对N719敏化太阳能电池光电转换率影响的研究

第一节 前言

第二节 实验部分

3．2．1 实验药品及主要仪器设备

3．2．2 样品的制备

3．2．3 样品的表征

3．2．4 染料敏化太阳能电池光电转换效率的测定

第三节 实验结果和讨论

3．3．1 FTO／TiO2-Six％／N719薄膜电极光电转换效率

3．3．2 Si掺杂TiO2的结构分析

3．3．3 样品TiO2-Six％表面化学结构

3．3．4 紫外-可见漫反射吸收光谱分析

3．3．5 荧光光谱

3．3．6 FTO／TiO2-Six％的光电流作用谱

3．3．7 FTO／TiO2-Six％／N719样品薄膜的光电流作用谱

3．3．8 FTO／TiO2-Six％／N719样品薄膜阳极光电流的原理分析

第四节 本章小结

第四章 总结与展望

第一节 总结

第二节 展望

参考文献

致谢

作者简介