光子调制提高DSSC光电转换效率的研究
Study on Photonic Modulation to Improve the Photoelectric Conversion Efficiency of Dsscs
提高光电转换效率是染料敏化太阳能电池(DSSC)研究中必须解决的根本性问题.本论文从DSSC的机理出发,通过改善Ti02制备方法、设计并制备具有光子调制功能的系列稀土配合物,将聚乙二醇作为准凝胶引入N3染料敏化太阳能电池体系中,利用稀土配合物的荧光调制以提高DSSC的光电转换效率.论文的主要工作详述如下:1.利用溶胶-凝胶技术制备了Ti02纳米晶粉体作为光阳极,通过优化制备条件使其具有多孔性并具有更大的比表面积,能够更好地吸附染料以提高电池的光电转化效率;用SEM、XRD等手段表征了Ti02粉体的粒径分布及多孔性特性,同时考察了Ti02光阳极对染料的吸附量以排除光阳极对后期配合物引入造成的干扰;将制得的纳米Ti02涂布到导电玻璃表面制备出薄膜光阳极.结果表明纳米级Ti02颗粒尺寸需控制在一定的范围内,过大、过小均不利于敏化染料的吸附.2.根据光子调制要求,杂环化合物中邻菲罗啉(phen)及衍生物5-硝基-8-羟基喹啉(Q5N),配体吸光强度好且与金属间能量传递的效率高、发射态具有适当的能量,且寿命比较适中.因此分别选择5-硝基-8-羟基喹啉(Q5N)与自行制备的二苯甲酰甲烷(DBM)作为第一配体与不同的稀土离子配位,先制备出水为第二配体的配合物;考虑到结晶水对电池电解质体系以及配合物本身发光性能的影响,再用Phen作为第二配体取代结晶水以加强稀土配合物的荧光效应.通过熔点测试、红外、紫外、荧光等光谱学表征,证实了RE(DBM)3·Phen、 RE(Q5N)4Phen等系列配合物的成功合成并初步考察了它们的荧光性能.3.为提高DSSC电池体系的稳定性,选择不同分子量的聚乙二醇作为聚合物基质制得了类凝胶DSSC并初步对比了稀土配合物加入前后电池效率的不同.通过万用表粗测电池的电压值与电流值,初步表明稀土配合物的引入可以增加电池的初始电压和电流,而且聚乙二醇的加入能有效地减缓电压、电流随时间延长而衰减的速率.4.通过对比系列稀土配合物对电池光电转换效率的影响,以此为基础优选出对电池性能提升有最优影响的稀土配合物为Tb(Q5N)4Phen.对最佳稀土配合物掺入的DSSC体系,测定电池的IE曲线得到开路电压、短路电流、填充因子、电池效率等光电性能等参数,结合光电转换效率(IPCE)测试对比分析了系列电池总体性能.实验结果表明,稀土配合物的加入可使电池的开路电压和电流密度分别达到0.669V和4.86mA/cm2,电池的填充因子达到40%,电池效率1.29%.通过实验结果对比和理论分析,初步阐明了稀土配合物对DSSC的光子调制作用.
- 作者：
- 周飞云
- 学位授予单位：
- 安徽工程大学
- 专业名称：
- 应用化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 高建纲
- 中图分类号：
- TM914.4
- 关键词：
- 染料敏化；太阳能电池；二氧化钛；稀土配合物；光电转化效率
- dye-sensitized solar cells；titanium dioxide；rare earthcomplexes；photoelectric conversion efficiency