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复合改性纳米TiO2膜电极与准固态太阳能电池性能研究

作　者: 刘畅
导　师: 李道荣
学　校: 河南工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 准固态太阳能电池 TiO2 复合改性
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


能源危机和环境污染是人类在21世纪面临的两大挑战,开发和利用可再生绿色能源已成为人类社会所面临的重大课题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生平衡能源,具有清洁、安全、广泛、寿命长等其它能源所不可比拟的优点,而太阳能电池是开发利用太阳能的最有效方法之一。为了解决太阳能电池液态电解质漏液、不易封装、寿命短等问题,本文选取聚电解质(如聚丙烯酸钠)作为凝胶剂,制成准固态电解质,并组装成太阳能电池,研究准固态太阳能电池的光电转换性能。为提高准固态电池的光电转换效率,本文对电池的光阳极材料进行改性,分别采用非金属元素掺杂和金属离子掺杂的方法对Ti02材料进行改性,并组装成准固态太阳能电池,研究其光电转换性能。借助UV-Vis、FTIR、PL、SEM/EDS、XRD等分析手段对材料进行表征。结果表明,N、C元素的引入降低了Ti02的禁带宽度,使其可见光区吸收光谱红移,有效地提高了太阳能电池的光电转换效率。TiOxNyCz以400℃煅烧时显示出最佳的光电转换性能,准固态太阳能电池的光电转换效率可达2.15%。金属离子的掺杂,使改性后的Ti02材料粒径明显减小,成膜颗粒更为均匀,分散性更好。金属离子Al3+、Zn2+进入Ti02晶格,形成新的掺杂能级,降低了Ti02的带隙能,有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,提高了分离效率,从而使准固态太阳能电池的Jsc和Voc增大,光电转换效率显著提高。当A13+掺杂量为3mL(Al3+:TiO2=0.5%w/w)时,电池的光电转换效率最高,达3.03%；当Zn2+掺杂量为2mL (Zn2+:TiO2=0.9%w/w)时,电池的光电转换效率最高,达3.15%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章 前言  8-19
  1.1 研究背景  8
  1.2 太阳能电池的分类  8-9
  1.3 太阳能电池的结构和工作原理  9-16
    1.3.1 太阳能电池的结构  9-15
    1.3.2 太阳能电池的工作原理  15-16
  1.4 太阳能电池的性能指标  16-17
  1.5 课题的研究内容及意义  17-19
    1.5.1 课题的提出  17-18
    1.5.2 研究内容及意义  18-19
第二章 实验方法与表征手段  19-26
  2.1 改性TIO_2的制备方法  19-20
    2.1.1 非金属改性  20
    2.1.2 Al~(3+)掺杂改性  20
    2.1.3 Zn~(2+)掺杂改性  20
  2.2 实验试剂和仪器  20-23
    2.2.1 实验试剂  20-22
    2.2.2 实验仪器  22-23
  2.3 表征手段  23-24
    2.3.1 紫外-可见光谱(UV-vis)  23
    2.3.2 红外光谱(IR)  23
    2.3.3 荧光光谱(PL)  23-24
    2.3.4 扫描电镜(SEM)  24
    2.3.5 X射线能谱(EDS)  24
    2.3.6 X射线衍射(XRD)  24
  2.4 准固态太阳能电池的组装与性能测试  24-26
    2.4.1 准固态电解质的选择与制备  24-25
    2.4.2 准固态太阳能电池性能测试  25-26
第三章 非金属改性TIO_2膜电极对准固态太阳能电池的性能影响  26-32
  3.1 实验部分  26-27
    3.1.1 N、C掺杂TiO_2的制备方法  26
    3.1.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试  26-27
  3.2 结果与讨论  27-32
    3.2.1 TiO_xN_yC_z的Uv-vis分析  27
    3.2.2 TiO_xN_yC_z的FTIR分析  27
    3.2.3 TiO_xN_yC_z的荧光表征  27-30
    3.2.4 TiO_xN_yC_z的XRD分析  30-31
    3.2.5 准固态太阳能电池性能测试  31-32
第四章 金属改性TIO_2膜电极对准固态太阳能电池的性能影响  32-44
  4.1 AL~(3+)-TIO_XN_YC_Z性能研究  32-38
    4.1.1 Al~(3+)掺杂TiO_2的制备方法  32
    4.1.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试  32-34
    4.1.3 试验结果与讨论  34-38
  4.2 ZN~(2+)-TIO_XN_YC_Z性能研究  38-44
    4.2.1 Zn~(2+)掺杂TiO_2的制备方法  38
    4.2.2 准固态太阳能电池的组装与性能测试  38-39
    4.2.3 试验结果与讨论  39-44
第五章 结论与展望  44-45
  5.1 结论  44
  5.2 展望  44-45
参考文献  45-51
致谢  51-52
作者简介  52

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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