TiO2光陽(yáng)極材料的設(shè)計(jì)及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的性能研究.pdf_第1頁(yè)
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1、染料敏化光伏電池(DSSC)是一類新型的光伏電池,具有效率高、成本低及無(wú)污染等特點(diǎn),是目前光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。光陽(yáng)極是染料敏化光伏電池的工作電極,對(duì)電池的光伏效率至關(guān)重要。陽(yáng)極材料的表面結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和多孔性等都是影響電池性能的直接因素。本論文主要研究染料敏化太陽(yáng)能電池TiO2陽(yáng)極材料的特性對(duì)電池性能的影響。通過(guò)提高陽(yáng)極材料的光捕獲效率,加快光生電子在陽(yáng)極膜內(nèi)的傳輸速度,增長(zhǎng)電子壽命,減少電子復(fù)合,從而增強(qiáng)電荷的收集效

2、率,達(dá)到提高電池光電轉(zhuǎn)化效率的目的。本文通過(guò)改變半導(dǎo)體TiO2的形貌、結(jié)晶度、尺寸、晶型以及形成合成復(fù)合物這幾個(gè)方面來(lái)提高電池的光伏效率。主要內(nèi)容包括:
  (1)以P25為原料水熱合成鈦酸鹽中間體,再以乙二胺和二乙撐三胺為形貌控制劑進(jìn)行第二步溶劑熱反應(yīng),合成出具有一維結(jié)構(gòu)的不同尺寸、具有高的結(jié)晶度的梭形TiO2。通過(guò)提高染料吸附量,電子的傳輸效率等因素,提高DSSCs光伏性能。所合成的三種不同尺寸的梭形TiO2的光伏性能均比P2

3、5好,其中90 nm梭形的光伏性能最好,開(kāi)路電壓(Voc)為0.74 V,短路電流密度(Jsc)為13.2 mA/cm2,填充因子(FF)為0.53,最終的光電轉(zhuǎn)化效率(η)為5.21%。
  (2)以TiCl4為原料,通過(guò)簡(jiǎn)單水熱法一步合成金紅石相分級(jí)結(jié)構(gòu)TiO2球,該材料具有較高的光散射效應(yīng),因而較適合做DSSCs的陽(yáng)極材料。通過(guò)TiCl4處理能明顯提高DSSCs的光伏性能,開(kāi)路電壓(Voc)為0.66 V,短路電流密度(Js

4、c)4.22mA/cm2,填充因子(FF)為0.65,最終的光電轉(zhuǎn)化效率(η)為1.88%。
  (3)石墨烯(GS)是零帶隙二維材料,具有較好的電子傳輸能力及較大的比表面積,GS-TiO2有望用作理想的DSSCs的光陽(yáng)極材料。通過(guò)溶膠-凝膠和水熱法合成了三種不同比例的GS-TiO2的復(fù)合物。TiO2-0.03GO具有最佳的光伏性能,其開(kāi)路電壓(Voc)為0.76 V,短路電流密度(Jsc)16.17mA/cm2,填充因子(FF)

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