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正文內(nèi)容

染料敏化太陽能電池的設計-資料下載頁

2025-02-27 10:03本頁面
  

【正文】 固體粉末,可以通過其漫反射光譜確定其吸收邊。例如,二氧化鈦的波長一邊的吸收邊為 390nm,可以算出其禁帶寬度為 。 染料敏化納米晶太陽能電池 19 ( 2)光電導法:波長掃描半導體電極可以得到光子能量對電流的關(guān)系曲線。產(chǎn)生電流時對應的最低光子能量即為半導體的禁帶寬度。例如, n 型半導體 WO3 在小于 445nm 波長的光照射時,才開始產(chǎn)生光電流,該波長的能量( )即為WO3 的禁帶寬度。 半導體平帶電位的確定 對于與液體介質(zhì)接觸的塊體半導體,只有當電子給體和受體存在時,才能發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。也就是說,必須在界面上發(fā)生氧 化還原反應才能在半導體內(nèi)部產(chǎn)生一個電場。在空間電荷層內(nèi),價帶和導帶是彎曲的。如(圖 45)給出了 n 型半導體能帶彎曲的四種情況。沒有空間電荷層時,電極處于平帶狀態(tài)。如果與多子 圖 45 n型半導體 溶液界面上空間電荷層的形成 (電子)電荷相同的電荷聚集在半導體一側(cè),則形成積累層;反之,當多子擴散到溶液中,則形成耗盡層。如果空間電荷層區(qū)域空間(少子)的濃度超過電子(多子)的濃度,費米能級將靠近價帶,此時為反型層。 圖 46 二氧化鈦納米晶膜在 780nm處吸光度與偏壓的關(guān)系曲線 在納米半導體中 ,情況有所不同。對于為摻雜的納米半導體,由于載流子濃度非常小,能帶彎曲可以忽略不計,所以納米晶半導體的能級處于平面狀態(tài),面處于平帶狀態(tài)時電勢叫作平帶電勢( Vfb)。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計論文 20 ( 1)光譜電化學法:一定厚度和面積的納米半導體膜(工作電極)、鉑絲(對電極)以及飽和甘汞電極或 Ag/AgCl(參比電極)插入到適當?shù)碾娊赓|(zhì)溶液中, 構(gòu)成一個三級體系。在一定波長下,掃描吸光度隨偏壓的關(guān)系曲線如(圖 46)。 在較平帶電位正的偏壓的范圍內(nèi),吸光度沒有變化,而當偏壓比平帶電位負時,吸光度急劇升高,作曲線升高部分的切線交于吸光度為零的 線于一點,此點對應的電位就是半導體在條件下的平帶電位。 ( 2)電化學法:在三電極體系中,對半導體電極進行線性伏安掃描,起始電流對應的電壓即為半導體在該條件下的平帶電位。 以上兩種方法的優(yōu)缺點。光譜化學法適合于具有較多缺陷的多晶電極,結(jié)果較準確。但是,該方法的不足之處是只能測定那些具有較好光學透明性能的半導體電極,另外還必須確定局域電子或自由電子餓消光系數(shù)。電化學法的最大優(yōu)點是操作簡便,而其缺點是由于難以確定暗電流的起始電壓而造成結(jié)果的不確定性。利用這兩種方法測出的平帶電位與介質(zhì)和電解質(zhì)的性質(zhì)都有較大 的關(guān)系,利用光譜化學測定的最大優(yōu)點是可以模擬電化學中的介質(zhì)條件,從而能夠比較真實地反映半導體電極在光電轉(zhuǎn)化時的能級情況。 總結(jié)與展望 21 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文簡要介紹了染料敏化納米晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)和原理 , 對其中關(guān)鍵問題 , 如納米 TiO2 膜、敏化染料、電解質(zhì)以及空穴傳輸材料的研究進展進行了綜述 . 從文中內(nèi)容可以看出 , 染料敏化納米 TiO2 太陽能電池具有低成本、高效率等眾多優(yōu)點 . 雖然目前還存在一些問題 , 但我們相信 , 在不久的將來 , 隨著科技的進一步發(fā)展 , 這種太陽能電池將會有十分廣闊的應用前景 . 展望 存在的問題于發(fā)展趨勢: 目前 , Gratzel 型電池已引起全世界范圍內(nèi)研究者的廣泛興趣和重視 [ 4 6] ,但它的發(fā)展仍有一些制約因素,如染料和電解質(zhì)。目前 Gratzel 型電池研究方向主要有以下幾個方面。 1. 電極的制備,尋找簡易、適于批量生產(chǎn)的制備工藝, 制備出性能優(yōu)異的TiO2 納米晶多孔膜;其納米粒子具有合適的尺寸、形狀、晶體結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)和能級。 2. 染料分子的光電化學反應機理和染料的設計合成。 研究和改善分子結(jié)構(gòu) , 提高電荷分離效率 。通過染料的設計合成,使染料具有更優(yōu)異的吸附性能和光譜吸收 范圍。 3. 雙敏化 [ 7 ] ,為了使敏化劑具有更好的與太陽光相匹配的吸收光譜,人們也在探索使用雙敏化劑 .。兩種敏化劑在可見光區(qū)有不同的吸收范圍,它們共同修飾可使 TiO2 電極在可見光區(qū)的光譜吸收和光電流響應具有更寬的范圍。 4. 固態(tài)空穴傳輸材料,尋找合適的固態(tài)空穴傳輸材料來代替液態(tài)電解質(zhì),制備全固態(tài)的染料敏化太陽能電池也是重要的研究方向。 5. 研究納米晶多孔電極與染料間能量傳遞及電子轉(zhuǎn)移的微觀本質(zhì)。 在染料敏化太陽電池飛速發(fā)展的 20 年中,材料設計、器件物理和器件工程的研究不斷進步,染料敏化太陽電池的性 能有了較大的提升。這種電池的工作機理類似于植物的光合作用,當光照射時產(chǎn)生光生電子,電子在具有良好可見光透過率的納米二氧化鈦薄膜中傳輸,被集流器收集,并輸出到外電路做功,實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換,而且沒有任何廢棄物的排放。其簡單的制備工藝、廉價的生產(chǎn)設備、應用的環(huán)境友好性以及透明性,都將大大地推進其實用化進程。染料敏化電池的大規(guī)模應用將會使人類社會的發(fā)展進入一個新的階段。 致 謝 22 致 謝 在論文完成之際,我首先向關(guān)心幫助和指導我的指導老師安雪娥表示衷心的感謝并致以崇高的敬意! 在論文工作中,遇到了諸多的問題, 一直得到安雪娥老師的親切關(guān)懷和悉心指導,使我能成功的完成畢業(yè)設計,安老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實的工作作風和她敏捷的思維給我留下了深刻的印象,我將終生難忘安老師的教誨,再一次向她表示衷心的感謝,感謝她為學生營造的濃郁學術(shù)氛圍,以及學習、生活上的無私幫助 ! 值此論文完成之際,謹向安雪娥老師致以最崇高的謝意 ! 在學校的學習生活即將結(jié)束,回顧兩年多來的學習經(jīng)歷,面對現(xiàn)在的收獲,我感到無限欣慰。為此,我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝 ! 在我即將完成學業(yè)之際,我深深地感謝我的家人給予我的全力 支持! 最后,衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授 ! 參考文獻 23 參考文獻 1. Meng Q B, Takahashi K, et al. Fabrication of an Efficient Solid State Dye Sensitized Solar Cell[ J ]. Langmuir, 2021,19: 3572 2. Tennakone K, Senadeera G K R, Desilva D B R A, et al. Highly stable dye sensitized solid state solar cells with the semiconductor 4CuBr3S(C4H9 ) as the hole collector[ J ]. App l Phys Lett, 2021, 77 (15) : 2367 2369. 3. Fei C, Gerko O, Peter C S, A solid state, dye sensitized photoelectrochemical cell[ J ]. J Phys Chem, 1995, 99: 17071 17073. 4. Dikmelik Y, Davidson FM, Dember and photo electromotive force currents in silicon photoconductive detectors[ J ].Journal of the Op tical Society of America. B, Op tical Physics, 2021, 21: 1595 1605. 5. Hoshikawa T, YamadaM, Eguchi K, Impedance analysis for dye sensitized solar cells with a three electrodesystem[ J ]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2021, 577: 339 348. 6. L iu X, J ia Y J , Wang GM, Photoelectric investigations of charge transferring metal doped [ 60 ] fullerenes[ J ]. SolarEnergyMaterials and Solar Cells, 2021, 87: 5 10. 7. 方靖淮 , 等 . 雙染料共敏化的納米晶二氧化鈦多孔電極的光伏特性研究 [ J ]. 太陽能學報 , 1997, l8 ( 2) : 164 167. 8. 劉煒華,顏魯婷,梁嘉,等不間二氧化鈦電極制備方法對 染料敏化太陽電池性能的影 PN[J].液晶與顯示, (4): 432— 436. 9. 李勝軍,林原,楊世偉,等.染料敏化太陽電池巾大孔 TiO!薄膜電極的制備及應用 [J]無機化 學學報, 2021, 23(1 1): l965— 1969. 10. 杜作娟,古映瑩 水熱法合成銳鈦礦型納水二氧化鈦 [J].精細化工中問體,2021, 32(5): 24— 25. 11. 謝冰,章少華,李前奔,等.電泳法制備二氧化鈦光催化薄膜 [J].稀有金屬材料與工程, 2021, 36(A01): 939— 941. 12. 張穎,姚明明,盧萍,等.電泳法制備納米 TiO 薄膜光催化性能的研究 [J].中國粉體技術(shù), 2021, 12(5): l9— 23. 13. 李海玲,王文靜,亢國虎,等.磁控濺射法制備 TiO 薄膜的光催化特性 [J].太陽能學報,2021, 27(11): 1 103 一 1107. 24 25
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