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《武汉大学》 2005年
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染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳电池研究

韩宏伟  
【摘要】:利用太阳能光伏发电是能源利用不可逆转的潮流。光伏产业是目前发展最快的产业。在过去五年中,世界光伏电池产业以平均每年40%的速度稳定增长,这是比IT行业发展还快的产业。降低成本和提高转换效率是目前光伏行业迫切需要解决的问题。 染料敏化纳米晶太阳电池是当前纳米技术和光电转换材料研究的热点之一,其廉价的成本和简单的制作工艺以及稳定的性能,为人类廉价和方便的利用太阳能提供了更有效的方法。同时,怎样进一步提高染料敏化纳米晶太阳电池的稳定性和光电转换效率是关乎该电池实际应用前景的重大课题。基于目前染料敏化纳米晶太阳电池国内外发展情况,并结合国内纳米粉末制备的成熟技术,本论文从以下几个方面进行研究:以自制纳米粉末为原料制备纳米晶薄膜及合成具有良好光谱响应的酞菁衍生物来降低成本;以磁控溅射的方法改进纳米晶薄膜的电荷传输性能;以固态电解质替代液态电解质来提高电池的稳定性。 本论文的具体研究内容和主要结论在于: 1.结合目前太阳电池发展前沿和国内发展现状,通过以两种易聚集的平均粒径为26nm的纳米粉末TiO_2 Ⅰ、TiO_2 Ⅱ为原料、采用一种快速挥发溶剂并固定纳米颗粒的新技术成功制备出具有高比表面面积的纳米晶TiO_2薄膜。以X-ray衍射(XRD)、透射电子显微(TEM)、扫描电子显微(SEM)和X-ray光电子能谱(XPS)测试了薄膜的结构和性能。结果表明颗粒的平均尺寸在450℃下热处理前后没有改变,1微米厚的薄膜产生的粗糙因子为86和80。而以粒径为36纳米传统TiO_2粉末P25为原料制得的具有同样厚度的薄膜能产生粗糙因子为82。TiO_2Ⅰ纳米晶薄膜电极在0.05M四丁基溴化铵(TBAB)的碳酸丙烯酯(PC)溶液中的电化学性能测试展现了与P25薄膜相似的良好电化学活性。而且,这种方法适合于以其他材料或更小纳米颗粒为原料,制备应用于染料敏化纳米晶太阳电池的薄膜; 2.根据电荷在纳米晶薄膜上复合的特点,通过直流磁控溅射和粉末涂覆法分别在导电玻璃上依次沉积一层溅射沉积TiO_2层和一层纳米晶TiO_2层,从而构建了
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