摘要：染料敏化太阳电池(Dye-sensitized Solar Cell, DSSC)作为第三代新型可见光响应的太阳电池一直以来受到人们的广泛关注。染料敏化太阳电池具有较高的光电转换效率且制备工艺简单、成本低廉、对弱光具有很好的响应性,同时还可将其制成柔性大面积电池。其中如何提升染料敏化太阳电池的光电转换效率是目前重要的探讨方向之一。标准的染料敏化太阳电池由光电极、染料、电解液和对电极四部分构成,其中光电极对电池的光电转换效率有着重要影响。通过光电极微结构的调控可以增加电极的光吸收,进而提升电池的光电转换效率。作为一种增加光程的有效手段,在光电极中引入散射层可以提升光电极对光的吸收效率；另一方面,光电极对染料的吸附量也会直接影响电极对光的吸收。由此设计出一种具有高染料吸附量、高散射性能的分级微纳小球可以在保证染料吸附量的同时获得比较好的光散射效果。在将散射层引入光电极的历程中,电泳法作为一种简便的薄膜制备策略,可以得到膜厚精确可控的散射层薄膜；同时由于电泳法温和的制备工艺,可以最大限度地保护散射层小球的分级结构。本论文针对染料敏化太阳电池的光电极散射层,以电极材料的合成与散射球的运用出发进行了以下一些探讨：1.探讨了一种利用水热法合成Ti02纳米颗粒的策略,合成出具有纯锐钛矿相、结晶性良好、粒径为15-20nmTiO2内米颗粒,通过调节前驱液的pH值来调控所得纳米颗粒的粒径,发现随着pH值的增加,纳米颗粒的晶化程度也在增加；利用刮涂法将水热所得纳米颗粒制备成不含散射层的染料敏化太阳电池,通过与传统的P25制备的电池比较发现,水热法制备的纳米颗粒具有更高的比表面,以而提升了染料敏化太阳电池光电极的染料吸附量,太阳电池的光电转换效率提升了11.2%。2.利用去除了水热环节的改善型溶胶-凝胶(Sol-gel)法合成出锐钛矿相的高比表面的TiO2分级微纳球,通过电泳沉积的策略将合成出的微球制备成含散射层的染料敏化太阳电池,在制备历程中,探讨了电泳沉积时间和电泳电压对制得膜厚的影响,发现在阈值电压5V以上,沉积薄膜的膜厚与电泳时间和电泳电压呈正相关,通过精确制约电泳条件,得到了膜厚精确可控的散射层薄膜样品；比较了不同厚度散射层的散射效果,发现随着膜厚的增加,散射光的强度先增加,在到达极值后保持不变；通过转变前驱液浓度,合成出尺寸为475nm,225nm,175nm,100nm的分级微纳球,比较了不同尺寸微球的散射效果,发现随着微球尺寸的增加,散射层的米氏散射效应逐步加强,当散射微球尺寸为475nm时,散射效果最佳,所得电池的光电转换效率达到6.3%,较不含散射层的NP样品提升了近30%,IPCE达到75%。关键词：染料敏化太阳电池光电极论文光电转换效率论文散射层论文改善型Sol-gel法论文电泳沉积论文
中文摘要3-5
Abstract5-9
第一章 绪论9-23
1.1 染料敏化太阳电池的基本结构与工作原理10-14
1.1.1 染料敏化太阳电池的基本结构10-12
1.1.2 染料敏化太阳电池的工作原理12-14
1.2 散射层在染料敏化太阳电池光电极的运用14-17
1.3 具有球形分级结构TiO_2及光散射层的制备策略17-20
1.3.1 具有球形分级结构TiO_2的制备策略17-19
1.3.2 染料敏化太阳电池光电极制备策略19-20
1.4 本论文的主要探讨思路和探讨策略20-23
第二章 染料敏化太阳电池中的重要参数与浅析测试策略23-29
2.1 染料敏化太阳电池中的重要参数23-26
2.1.1 太阳常数23
2.1.2 电流-电压特性曲线(I-V曲线)23-25
2.1.3 单色光光电转换效率(IPCE)25-26
2.2 表征染料敏化太阳电池性能的浅析测试策略26-29
2.2.1 X射线衍射(XRD)26-27
2.2.2 场发射扫描电子显微镜(SEM)27
2.2.3 紫外-可见透射吸收光谱(UV-Vis)27
2.2.4 比表面积测定(BET)27-28
2.2.5 膜厚测量28-29
第三章 TiO_2纳米晶及TiO_2分级微纳球的合成与尺寸调控29-37
3.1 引言29-30
3.2 实验部分30-31
3.2.1 TiO_2纳米晶的制备30
3.2.2 TiO_2分级微纳球的制备30-31
3.3 结果与浅析31-36
3.3.1 TiO_2纳米颗粒和TiO_2分级微纳球的物相浅析31-33
3.3.2 水热法合成TiO_2纳米颗粒粒径的调控33-34
3.3.3 改善型溶胶-凝胶法调控TiO_2微纳小球的尺寸34-36
3.4 本章小结36-37
第四章 电泳沉积法制备染料敏化太阳电池光散射层及其光电性能的探讨37-49
4.1 引言37-38
4.2 实验部分38-40
4.2.1 刮涂法制备不含散射层的染料敏化太阳电池38-39
4.2.2 电泳法制备含散射层的染料敏化太阳电池39-40
4.3 结果与浅析40-48
4.3.1 不含散射层染料敏化太阳电池的性能表征40-41
4.3.2 含散射层染料敏化太阳电池基本性能表征41-43
4.3.3 光散射层厚度对电池光电性能的影响43-45
4.3.4 散射层微球尺寸对电池光电性能的影响45-48
4.4 本章小结48-49
第五章 总结与展望49-51
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