叶绿素衍生物染料敏化太阳能电池的性能优化实验研究

摘要

太阳能光伏发电，是一种有吸引力的、可持续发展和环境友好的太阳能利用方式。目前，在太阳能光伏发电技术领域中，染料敏化太阳能电池（DSSC）以其成本低、制备工艺及结构简单、适用范围广的特点得到了快速的发展。本文以染料敏化太阳能电池为研究背景，用叶绿素衍生物、花青素、类胡萝卜素天然染料作为染料敏化剂，分别对光阳极的制作工艺（以N719为染料）、影响DSSC光电性能的不同敏化条件以及不同敏化方式进行优化设计与实验研究。 设计并确定光阳极默认条件下的制作工艺，作为本文光阳极制作工艺优化设计的基本条件，然后，在光阳极初始默认的制作工艺条件下，分别对光阳极的活性面积、TiO2薄膜厚度、添加散射层、TiO2薄膜烧结温度、化学处理方法和浓度逐一进行单因素影响研究，最终确定了TiO2薄膜电极的最优制作工艺为：光阳极活性层面积为 0.4cm×0.4cm，TiO2薄膜厚度为 19μm，并加散射层，TiO2薄膜电极的烧结温度为T1=525℃，T2=500℃，并用0.1mol/L的TiCl4水溶液进行化学处理。 以实验室制备的最优TiO2薄膜电极为光阳极，以光电性能最优的叶绿素衍生物Chl-CuNa为染料，对影响DSSC光电性能的不同敏化条件：敏化染料的溶剂、敏化浓度、敏化pH值、敏化温度、敏化受光时间、敏化时间、对电极背景色进行实验研究。结果表明：Chl-CuNa醇水溶液（无水乙醇与去离子水的体积比为3:1）性能最优，Chl-CuNa的最佳稀释比为1:2，Chl-CuNa的最佳敏化pH=8，最佳敏化温度为30℃，在黑暗环境下敏化效果最好，且对电极采用镜面背景最佳。 选取Chl-CuNa、花青素类染料、类胡萝卜类素染料作为染料敏化剂，分别对光阳极进行单一色素染料敏化研究；选取光电性能优良的花青素类染料（黑枸杞、蓝莓、荔枝皮）、叶黄素类染料（黄菊花、金丝黄菊）与Chl-CuNa，每组各两类溶液进行等体积混合敏化光阳极研究；选取 Chl-CuNa 作为一种分层染料溶液，将光电性能优良的花青素类染料、叶黄素类染料作为另一种分层染料，按照顺序和逆序两种方式分层敏化光阳极。结果表明：混合敏化DSSC时，获得最优的混合染料组合为金丝黄菊与蓝莓，效率为1.11%；分层敏化DSSC时，获得最优的顺序分层染料组合为 Chl-CuNa-金丝黄菊，效率为 1.00%，最优的逆序分层染料组合为金丝黄菊-Chl-CuNa，效率为0.85%。 本文研究对天然染料敏化太阳能电池的优化与推广应用具有一定的指导意义。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)的研究进展

1.2.1 光阳极的研究进展

1.2.2 对电极的研究进展

1.2.3 电解质的研究进展

1.2.4 染料敏化剂的研究进展

1.3 本论文研究的主要内容

第2章 DSSC的工作原理、制作组装与性能测试

2.1 染料敏化太阳能电池的工作原理与性能参数

2.1.1 染料敏化太阳能电池的基本结构与工作原理

2.1.2 染料敏化太阳能电池的主要性能参数

2.2 实验仪器及试剂

2.3 DSSC的制作

2.3.1 光阳极的制备

2.3.2 对电极的制备

2.3.3 电解液的制备

2.3.4 染料敏化剂的制备

2.4 光阳极的敏化

2.5 DSSC的组装

2.6 DSSC的性能测试

2.6.1 测试内容与条件

2.6.2 测试方法

2.7 本章小结

第3章 DSSC光阳极的优化与性能研究

3.1 引言

3.2 初始默认条件下DSSC的光电性能

3.3 光阳极活性面积对DSSC光电性能的影响

3.4 TiO2薄膜厚度对DSSC光电性能的影响

3.5 光阳极散射层对DSSC光电性能的影响

3.6 光阳极烧结温度对DSSC光电性能的影响

3.7 不同化学处理TiO2薄膜对DSSC光电性能的影响

3.8 不同TiCl4浓度处理光阳极对DSSC光电性能的影响

3.9 本章小结

第4章 不同敏化条件对DSSC光电性能的影响及分析

4.1 引言

4.2 不同敏化染料溶剂对DSSC光电性能的影响

4.2.1 不同叶绿素类染料的光谱特性

4.2.2 不同叶绿素类染料的光电特性

4.3 不同敏化染料溶液浓度对DSSC光电性能的影响

4.4 不同敏化染料pH对DSSC光电性能的影响

4.5 不同敏化温度对DSSC光电性能的影响

4.6 不同敏化受光时间对DSSC光电性能的影响

4.7 不同敏化时间对DSSC光电性能的影响

4.8 不同对电极背景色对DSSC光电性能的影响

4.9 本章小结

第5章 不同敏化方式对DSSC光电性能的影响及分析

5.1 引言

5.2 单一染料敏化DSSC及光电性能分析

5.2.1 单独光阳极的光电性能

5.2.2 单一染料的吸收光谱特性

5.2.3 单一染料的光电特性

5.3 多种染料协同敏化DSSC及光电性能分析

5.3.1 染料混合协同敏化DSSC的性能研究

5.3.2 染料分层协同敏化DSSC的性能研究

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢