光电半导体材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

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随着全球气候变暖和化石能源的日益枯竭,人们迫切需要寻找新的可再生能源。太阳能因其取之不尽用之不竭,清洁,持续,便利而成为21世纪最有发展潜力的能源。染料敏化纳晶宽带隙半导体太阳能电池因其价格便宜、制作工艺简单、性能稳定、效率高而成为可再生能源研究领域的热点。   本报告研究了ZnO及改性TiO2作为光阳极的染料敏化太阳能电池,内容包括:采用丝网印刷(Screen-printing)方法制备了ZnO和过渡金属离子及非金属离子掺杂的TiO2膜电极,以染料N719作为敏化剂,Pt电极为对电极,I-/I3-为氧化还原电解质,成功的组装了染料敏化太阳能电池的原型器件,并对其光电性能进行了测试。结合吸收光谱和表面光电压谱,讨论了光阳极材料对染料敏化太阳能电池光电化学性质的影响。   第一章综述了染料敏化太阳能电池的发展历程,及其所涉及的相关实验参数和基本概念。提出了目前染料敏化太阳能电池发展存在的问题,拟改进的方法。   第二章中介绍了染料敏化太阳能电池所用到的一些测试方法和表征手段。   在第三章中,三种不同矿化剂六亚甲基四胺(HMT),尿素(Co(NH2)2),和氢氧化锂(LiOH)存在下通过水热法制备得到ZnO粒子。矿化剂在水中不同的水解过程导致了形成不同形貌和尺寸的ZnO晶体。将其作为染料敏化太阳能电池光阳极材料对电池性能有很大的影响。以LiOH为矿化剂所制备得到的ZnO纳米颗粒的尺寸远小于以为HMT和Co(NH2)2矿化剂所制备得到的ZnO晶体颗粒。   在第四章中,我们通过溶胶-水热法制备得到四种过渡金属离子(Fe3+,Co2+,Ni2+,和Mn4+)掺杂的TiO2粉末,并将过渡金属离子掺杂的TiO2粉末制成浆料通过丝网印刷方法印在导电基底上制成染料敏化太阳能电池的光阳极膜,并组装成电池。通过XRD、TEM、UV-Vis对水热法所制备样品的物相、结构和形貌做了详细的表征,通过SPS,Ⅰ-Ⅴ测试了所组装成的DSSC的光电性能。   第五章主要研究了非金属N元素掺杂的TiO2材料的光电性能。以尿素为N源,在真空管式炉中与TiO2(ST-01)反应制备得到一系列不同浓度的N-TiO2纳米颗粒,通过SPS研究了其光电响应随掺杂浓度的变化。
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