探索染料敏化纳米晶太阳能电池的研究

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1、华南理工大学硕士学位论文染料敏化纳米晶太阳能电池的研究姓名：郑顺涛申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：奚红霞20050601摘要太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的绿色能源是解决能源危机的最佳方法之一，太阳能电池也随之应运而生。传统的固态光伏电池都涉及到了精细和昂贵的工艺，所以限制了太阳能电池的大规模使用，近年来，染料敏化纳米晶太阳能电池由于其可大面积制各和生产的低成本，以及优良的性能而受到全世界研究者的关注。但是，如何进一步的提高半导体电极、敏化染料、电解质和对电极的性能，从而提高光电转换效率，达到实用化目标，还需要解决一系列的问题。本论文在详细综述染料敏化太阳能电池在合成方法、改性和

2、实际应用方面的国内外进展情况的基础上，全面分析了染料敏化太阳能电池制备和应用过程中尚存的主要问题，提出对溶胶一凝胶法和旋涂法制备染料敏化纳米太阳能电池电极的全过程进行系统研究，同时通过对天然色素的提取及其敏化效果的研究，力求开发新的敏化剂。本文选择钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，乙酰丙酮为抑制剂，盐酸控制反应过程的pH值，用溶胶一凝胶法进行二氧化钛溶胶的合成，系统的考察了制备过程参数对胶凝化时间的影响，以获得制备最稳定、胶凝化时间最长的二氧化钛溶胶操作参数，筛选出较佳的二氧化钛溶胶制备过程参数为：水与钛醇盐摩尔最佳配比为1，乙醇与钛醇盐摩尔比为12，水解温度25℃，水解pH值为4。本文利用旋

3、涂法进行二氧化钛纳米晶薄膜的制备，并用TiCl；对薄膜表面进行改性。系统考察了制备过程参数对j氧化钛纳米晶薄膜性质的影响，并用x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外一可见光吸收光谱(UV—VIS)对二氧化钛纳米晶薄膜的性质进行了表征。实验表明：薄膜厚度与镀膜次数有很好的线性关系，可以控制涂层厚度。旋涂时的最佳转速为4000转／分，焙烧温度500℃，所合成的纳米晶二氧化钛薄膜的为单一锐钛矿晶相，旋涂一、■、三、四层的二氧化钛薄膜中Ti0：的晶粒大小分别为6nm、7nm、8nm、19nm，其透光率曲线在波长小于350nm附近均有非常明显的强吸收。本文以价廉易得的曙红染料和从细叶红花

4、中提取的天然色素作为敏化剂，对二氧化钛纳米晶薄膜分别进行敏化，制备成染料敏化纳米晶二氧化钛太阳能电池，并用x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、伏安曲线、紫外一可见光光吸收光谱图、1二作光谱等手段对染料敏化纳米晶二氧化钛太阳能电池性质进行表征，实验结果表明：0．7379／l曙红染料和细叶红花中提取的天然色素敏化的太阳能电池在可见光区域有很宽的吸收范围，其中曙红敏化的电池开路电压为O．462V，短路电流为4．2mA，最大输出功率为1．3lmW／cm：：天然色素敏化的电池开路电压为250mY，短路电流为1．52mA，最大输出功率为0．16mW／cm!。华南理工人学硕士学位论文本文涉及染

5、料敏化纳米晶太阳能电池机理的研究、制备条件的控制和优化以及新型敏化剂的研制等一系列基础问题。这些基础问题的研究不仅具有重要的理论研究意义，而且对于推动染料敏化纳米晶太阳能电池的实用化有非常重要的实用价值。关键词：染料敏化纳米晶太阳能电池；TiO。；曙红；天然色素ABSTRACTTheuseofs01arenergy，whichisabundantandinfinite，isoneofthebestwaystosolvetheenergycrisis，whilesolarcellisthemostefficientwaytoutilizesolarenergy．Thectassiealsoli

6、d—stateJunctiondevices．whichneeddelicateandexpensivetechnology，greatIYlimitedthedevelopmentandapplicationofsolarcelltodatethisfieldhasbeendominatedbYsolid-statejunctiondevices．rnrecentyears，thedye—sensitizednanoerystalIinesofarcellswereextensivelYconcernedbytheresearchersa11overtheworld，becauseofth

7、eir10wfabricationCOSt，theprobabilityoflargeareapreparationandhighincidentmonochromaticphoton—to-currentconversionefficiency([PCE)．However，therearesti儿aseEiesofissueswaitingforbeings01redbeforethedye—sensiti