稀土掺杂In2O3反蛋白石大孔结构应用于染料敏化太阳能电池的研究

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随着人类社会对于能源的不断开发和使用。煤炭是从近代工业革命刚开始到目前很长一段时期主要的能源。人类对于天然气和石油的大规模开发和利用是自20世纪开始逐步进行的。在全球工业水平不断进步的背景下,尤其对于工业化大生产以及城市的规模不断扩大,人类社会对能源的消耗达到高峰,尤其是对于燃料的需求增长迅速。在人类工业发展中,能源是工业进步的首要条件。能源是否充足成为保持人类社会,经济高速发展的基本保障。人类的机械化的发展需要大量的能源支持,然而能源的稀缺使全世界发生能源紧张的危机。就在20世纪末就爆发了多次因为能源而导致的事件。在1973年,中东国家作为石油的主要产地和出口国,因为和以色列的矛盾开始向西方禁运石油;在1979年,石油出产大国伊朗就因为能源问题爆发了革命;1990年波斯湾爆发了海湾战争,因为该地区是世界石油资源的最主要产地,战争导致的石油价格的高涨。所以,为了应对越来越紧张的能源问题必须要调整相应的能源配置结构。近些年,全世界各国的科研者都在为寻找新能源而进行不断的努力,并取得了很多的成绩。在以往,人类对自然能源利用主要集中为以煤炭,石油,天然气等化石燃料,然而这类燃料在地球上的储量虽然目前看还是比较庞大,但是这些资源都是自然界需要经过很多年才可以重新生成,资源总会开采枯竭。而且这些资源在全球的地域分布也不平均,很多国家间的争议甚至战争都是围绕着能源的获取而引发的。再有这些能源在开发和使用中会排出大量对人类环境有很大危害的物质,比如:二氧化碳、硫化物等,通过对这些资源的开采也会导致很多地质灾害的发生。因此,从人类长远发展的问题考虑,需要找到一种新型得环保并且可持续利用得能源。太阳能、风能是一种新型能源,使用不收地域等因素限制,而且取之不尽用之不竭,在开发和使用中,不会产生任何对环境有危害的物质。因此对这种新能源的开发利用越来越得到全世界各国的重视和关注。我国是世界上最大的发展中国家,对能源的需求量很大,由于我国土地面积很大,太阳能资源极其丰富,使得我国在光能的开发利用有着很大的发展空间。染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种在近些年被人们广泛关注和研究的新型太阳能电池,由于其制备的原料在自然界很广发而且成本很低,制备电池的工艺的流程简单从而引起人们的对其研究的广泛兴趣,具有很强的竞争力。太阳能的光电转换效率作为检验太阳能电池的重要指标,关于如何提高其的光电转换效率是人们的重要研究课题。光子晶体是具有光子带隙的具有周期性排列分布,可以对光子在其中的传输起到调制的作用。光子晶体具有这种特殊的结构特点,尤其反蛋白石光子晶体是由很多彼此连通的大孔空隙来组成,这也可以提升光子相互在其内的作用。利用光子晶体的反蛋白石大孔结构可以增加染料吸附的比表面积,从而提高太阳能电池的光电转换效率。将稀土离子引入到染料敏化太阳能电池中可以提高太阳能电池的光利用率,而且降低光子在电池中传输的电化学阻抗。本文主要通过制备反蛋白石的大孔结构,用In2O3这中宽带的半导体材料代替传统的TiO2,采用垂直生长法制备不同粒径的蛋白石晶体模板,并且采用电化学沉积的方法,将基质溶液填充模板微球结构的间隙里。通过高温煅烧,去除蛋白石结构的大球粒子,得到用于制作光阳极的In2O3反蛋白石大孔结构光子晶体。把In2O3反蛋白石大孔结构光子晶体应用到染料敏化太阳能电池的光阳极,研究其对太阳能电池光电转换效率的影响。
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