染料敏化太阳能电池的研究与设计
染料敏化太阳能电池的研究与设计[20200406105235]
论文摘要
染料敏化太阳能电池与其他太阳能电池相比其拥有杰出的光学效应，同时具备有相对较好的转换效率，同样也拥有不错的的优点比如说它具有低廉的制造价格、制造工艺简单便于大量制备以及其稳定性较好便于长期使用。
这篇论文主要以介绍了太阳能电池的研究背景和现今世界上所存在的太阳能电池的种类以及其组成的物理模型。具体阐述了该种电池在各国的探索发展与研究的成果，还有最近在世界上发展的状况。举例说说现存的几种太阳能电池的模型，并设计一种太阳能电池模型，对它进行优化，使其在理论上是可以提升一定的光电转换效率的值。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能电池；染料；TiO2薄膜；量子点；共敏化
目 录
第一章 引言1
1.1 研究背景1
1.2 国内外研究现状2
1.2.1 无机太阳能电池2
1.2.2 有机太阳能电池3
1.3 论文的研究内容和目标6
第二章 染料敏化电池的工作原理7
2.1 染料电池的基本结构7
2.2 工作原理7
2.3 理论模型10
第三章 染料敏化电池的模型设计 11
3.1 TiO2薄膜结构及其对电池性能的影响 11
3.1.1 TiO2 薄膜结构11
3.1.2 TiO2 薄膜晶粒尺寸对电池性能的影响11
3.1.3纳米TiO2多孔膜的制备12
3.2 目前存在模型 13
3.2.1 稀土掺杂转换发光材料太阳能电池13
3.2.2 石墨烯基电极太阳能电池13
3.2.3 掺杂AL和W的太阳能电池 13
3.3 量子点敏化太阳能电池 14
3.3.1 上述模型的各自的优缺点14
3.3.2 量子点敏化太阳能电池改进方案16
3.3.3 改进后的效果分析18
第四章 结论与展望 20
文献21
致谢25
第一章 引言
随着人类的生活水平与生产力的快速的发展，在全球各地的能源的需求量也在与日俱增加。
现在，使用清洁能源与保护自然环境是一种用来实现可持续发展观的主要方向，成为了被世界所关注了十几年的重要的问题。太阳能具有地域广阔、能源丰富、没有污染、价格便宜等特点，我们将可以在未来里预见，太阳能能够成为一种取之无尽，用之无竭的清洁型的能源，所以太阳能电池的发展呗世界各国引起了强烈的注重。
1.1 研究背景
现今世界上被使用的能源约有85%是由煤与石油等化石燃料提供的，化石燃料的连续使用会让生态环境出现严重的破坏，在燃烧使化石燃料将会释放出的二氧化碳及氮氧化合物等有害气体，这些气体是造成酸雨和“温室效应”主要原因，人类去开发出保护环境并且可以不断开发的清洁型能源已经是一种不可阻挡的发展进程。在人类所能找到的多种多样的可循环的干净且能够使用的能量之中，太阳能作为在地球上占据能源总量99%以上的一种能源将会是人们所能够操纵的一种可循环并且干净的能源。
人们能够通过把太阳能转换成几种可被利用的能源的方式来使用太阳能，太阳能可以转换成热能，电能，热电能和化学能等几种可被利用的能源。其中，由太阳能转化成为电能是近年十几年来发展最快、最多的人进行研究的方向。通过50多年的钻研，人类开发出了各种各样的的可以利用太阳能转换成可用能源的工具。太阳能电池是人们为了实现可持续发展的方向而去利用太阳能资源的一种可行的方法，这种方法是解决全世界能源危机及环保问题的一种有效的解决方法。人类通过对太阳能的合理的开发及利用，这种应用将可以给人类提供一个拥有充足的能源和美好的未来的世界。
1.2国内外研究现状
现在世界上所存在的太阳能电池可以通过以其使用的制作材料大体可以分为两个大类別，这两大类别太阳能电池分别是有机电池与无机电池这两个大类。然而通过有机化合物以及硅晶体这两种主要材料制成的太阳能电池被称为无机太阳能电池。通过由小分子聚合物、有机与无机混合材料以及染料敏化的二氧化钛来制造的电池被称为有机电池。
1.2.1无机太阳能电池
1.化合物半导体太阳能电池:这种类別的电池主要还是应用III-V族为主要材料来制成的半导体比如说是以砷化镓为主要原料来制备这种电池，这种电池通过使用以砷化镓为主体原料来制成，它可以达到达到几乎20%的转换的效率，而无机太阳能电池如果掺杂了InGaP、GaAs、Ge等它们的转换效率则会高达38%以上，因为它的成本非常高，不能实现民间的大规模应用，这种太阳能电池现在主要应用于军事方面和航空装置上。
图1.2.1多结砷化镓太阳能电池[22]
2.硅晶太阳能电池:与其他太阳能电池进行比较，硅晶太阳能电池已经经过了50多年的发展，在1990年，随着在民间普遍使用这类电池，由于供求的增长产品生产量才发生了显著的增加。在1999年之后，这类太阳能电池的每年以30%的成产增长率在蓬勃发展之中。这类电池主要可以分为两个大类，这两个大类分别是由多晶硅制备而成的电池以及由单晶硅制备而成的电池。由多晶硅制备而成的电池其转换的效率足足可以到达19.2%，然而以单晶硅制备而成的电池其转换的效率将会到达24.8%，而且制成的成品的质量有足够的保障，但是制造晶硅太阳能电池要消耗大量的材料这会造成制备成本高昂的问题发生，而且在制造这种电池的流程会产生污染。单晶硅制造的太阳能电池所存在的缺点就是其制作工艺相对较为复杂，我们需要使用很多的资源来制造这种太阳能电池。为了能够处理存在的缺点，我们可以通过晶带法或者是浇铸法来更好地制备太阳能电池。其晶向不同，并且在很难去构化其表面织。晶体硅电池的主要发展方向是薄片化的发展方向。
图1.2.2硅晶太阳能电池模型
1.2.2有机太阳能电池
1.染料敏化太阳能电池:其简称可以写作为DSSC。它主要由Pt电极、导电电解质、染料分子和比表而积要大的Ti02纳米颗粒四个部分组成。这种设备的工作原理简单来讲是利用太阳光照射染料分子时可以对自身的电子空穴对的性质进行激发，这样在染料分子与Ti02界面间电荷能够进行转移，并在空穴对形成自由的电子，在电解质中通过氧化还原电对使体系进行再生，接着通过使用TiO2通道向电池设备的阴极传导自由电子；对应的，电解质还原空穴，使其转移到设备阳极，这样就形成了光致闭合电流。这类太阳能电池的转换的效率可以高达12%以上，由于DSSC具有很多方面的优点，DSSC被很多科研工作者和清洁能源部门所看重。到现在为止，全球已经有一些比较成熟的商品出现了。
1970年至1990年，DSSC的平板电极得到了许多的改进，比如说在TiO2薄膜上吸附一层染料分子，使用这种方法对于拓宽它的光谱响应范围具有很好的效果，但是其对光的捕获率仍旧相当的低如果仅仅只是吸附单层的染料分子。在那以后，人们为了提高对光的捕获率尝试通过使用多层染料分子的方法来实现，但是没有获得有实用性的提升，人们在研究中发现使用多层染料会对电子的传输存在窒塞的作用，多层染料的重叠使其成为了绝缘体，人们没有办法来提高光的捕获率通过使用多层染料的方法。
图1.2.3 DSSC结构图
卤化银通过染料的敏化后可以巩固它于自然光的反馈的能力，乃至可以延长到达红光和红外光的范围，这一现象在1873年被德国的H．Vogel察觉到。
在1960年，在德国H.Tributsch通过在表层的染料吸附的研究实验中发现，在特定的情况下，在半导体的机制会生产I，这一研究内容为光电化学电池的制备提供了理论指导。
1991年，瑞士人率先在制备DSSC的研究上取得了巨大的的进展。他们是由TiO2制成的多孔结构，纳米晶薄膜其存在着高比表面积，在薄膜的表面吸附着很多敏化染料，把低挥发的电解质选取出来，用这些东西研制成一种DSSC。
论文摘要
染料敏化太阳能电池与其他太阳能电池相比其拥有杰出的光学效应，同时具备有相对较好的转换效率，同样也拥有不错的的优点比如说它具有低廉的制造价格、制造工艺简单便于大量制备以及其稳定性较好便于长期使用。
这篇论文主要以介绍了太阳能电池的研究背景和现今世界上所存在的太阳能电池的种类以及其组成的物理模型。具体阐述了该种电池在各国的探索发展与研究的成果，还有最近在世界上发展的状况。举例说说现存的几种太阳能电池的模型，并设计一种太阳能电池模型，对它进行优化，使其在理论上是可以提升一定的光电转换效率的值。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能电池；染料；TiO2薄膜；量子点；共敏化
目 录
第一章 引言1
1.1 研究背景1
1.2 国内外研究现状2
1.2.1 无机太阳能电池2
1.2.2 有机太阳能电池3
1.3 论文的研究内容和目标6
第二章 染料敏化电池的工作原理7
2.1 染料电池的基本结构7
2.2 工作原理7
2.3 理论模型10
第三章 染料敏化电池的模型设计 11
3.1 TiO2薄膜结构及其对电池性能的影响 11
3.1.1 TiO2 薄膜结构11
3.1.2 TiO2 薄膜晶粒尺寸对电池性能的影响11
3.1.3纳米TiO2多孔膜的制备12
3.2 目前存在模型 13
3.2.1 稀土掺杂转换发光材料太阳能电池13
3.2.2 石墨烯基电极太阳能电池13
3.2.3 掺杂AL和W的太阳能电池 13
3.3 量子点敏化太阳能电池 14
3.3.1 上述模型的各自的优缺点14
3.3.2 量子点敏化太阳能电池改进方案16
3.3.3 改进后的效果分析18
第四章 结论与展望 20
文献21
致谢25
第一章 引言
随着人类的生活水平与生产力的快速的发展，在全球各地的能源的需求量也在与日俱增加。
现在，使用清洁能源与保护自然环境是一种用来实现可持续发展观的主要方向，成为了被世界所关注了十几年的重要的问题。太阳能具有地域广阔、能源丰富、没有污染、价格便宜等特点，我们将可以在未来里预见，太阳能能够成为一种取之无尽，用之无竭的清洁型的能源，所以太阳能电池的发展呗世界各国引起了强烈的注重。
1.1 研究背景
现今世界上被使用的能源约有85%是由煤与石油等化石燃料提供的，化石燃料的连续使用会让生态环境出现严重的破坏，在燃烧使化石燃料将会释放出的二氧化碳及氮氧化合物等有害气体，这些气体是造成酸雨和“温室效应”主要原因，人类去开发出保护环境并且可以不断开发的清洁型能源已经是一种不可阻挡的发展进程。在人类所能找到的多种多样的可循环的干净且能够使用的能量之中，太阳能作为在地球上占据能源总量99%以上的一种能源将会是人们所能够操纵的一种可循环并且干净的能源。
人们能够通过把太阳能转换成几种可被利用的能源的方式来使用太阳能，太阳能可以转换成热能，电能，热电能和化学能等几种可被利用的能源。其中，由太阳能转化成为电能是近年十几年来发展最快、最多的人进行研究的方向。通过50多年的钻研，人类开发出了各种各样的的可以利用太阳能转换成可用能源的工具。太阳能电池是人们为了实现可持续发展的方向而去利用太阳能资源的一种可行的方法，这种方法是解决全世界能源危机及环保问题的一种有效的解决方法。人类通过对太阳能的合理的开发及利用，这种应用将可以给人类提供一个拥有充足的能源和美好的未来的世界。
1.2国内外研究现状
现在世界上所存在的太阳能电池可以通过以其使用的制作材料大体可以分为两个大类別，这两大类别太阳能电池分别是有机电池与无机电池这两个大类。然而通过有机化合物以及硅晶体这两种主要材料制成的太阳能电池被称为无机太阳能电池。通过由小分子聚合物、有机与无机混合材料以及染料敏化的二氧化钛来制造的电池被称为有机电池。
1.2.1无机太阳能电池
1.化合物半导体太阳能电池:这种类別的电池主要还是应用III-V族为主要材料来制成的半导体比如说是以砷化镓为主要原料来制备这种电池，这种电池通过使用以砷化镓为主体原料来制成，它可以达到达到几乎20%的转换的效率，而无机太阳能电池如果掺杂了InGaP、GaAs、Ge等它们的转换效率则会高达38%以上，因为它的成本非常高，不能实现民间的大规模应用，这种太阳能电池现在主要应用于军事方面和航空装置上。
图1.2.1多结砷化镓太阳能电池[22]
2.硅晶太阳能电池:与其他太阳能电池进行比较，硅晶太阳能电池已经经过了50多年的发展，在1990年，随着在民间普遍使用这类电池，由于供求的增长产品生产量才发生了显著的增加。在1999年之后，这类太阳能电池的每年以30%的成产增长率在蓬勃发展之中。这类电池主要可以分为两个大类，这两个大类分别是由多晶硅制备而成的电池以及由单晶硅制备而成的电池。由多晶硅制备而成的电池其转换的效率足足可以到达19.2%，然而以单晶硅制备而成的电池其转换的效率将会到达24.8%，而且制成的成品的质量有足够的保障，但是制造晶硅太阳能电池要消耗大量的材料这会造成制备成本高昂的问题发生，而且在制造这种电池的流程会产生污染。单晶硅制造的太阳能电池所存在的缺点就是其制作工艺相对较为复杂，我们需要使用很多的资源来制造这种太阳能电池。为了能够处理存在的缺点，我们可以通过晶带法或者是浇铸法来更好地制备太阳能电池。其晶向不同，并且在很难去构化其表面织。晶体硅电池的主要发展方向是薄片化的发展方向。
图1.2.2硅晶太阳能电池模型
1.2.2有机太阳能电池
1.染料敏化太阳能电池:其简称可以写作为DSSC。它主要由Pt电极、导电电解质、染料分子和比表而积要大的Ti02纳米颗粒四个部分组成。这种设备的工作原理简单来讲是利用太阳光照射染料分子时可以对自身的电子空穴对的性质进行激发，这样在染料分子与Ti02界面间电荷能够进行转移，并在空穴对形成自由的电子，在电解质中通过氧化还原电对使体系进行再生，接着通过使用TiO2通道向电池设备的阴极传导自由电子；对应的，电解质还原空穴，使其转移到设备阳极，这样就形成了光致闭合电流。这类太阳能电池的转换的效率可以高达12%以上，由于DSSC具有很多方面的优点，DSSC被很多科研工作者和清洁能源部门所看重。到现在为止，全球已经有一些比较成熟的商品出现了。
1970年至1990年，DSSC的平板电极得到了许多的改进，比如说在TiO2薄膜上吸附一层染料分子，使用这种方法对于拓宽它的光谱响应范围具有很好的效果，但是其对光的捕获率仍旧相当的低如果仅仅只是吸附单层的染料分子。在那以后，人们为了提高对光的捕获率尝试通过使用多层染料分子的方法来实现，但是没有获得有实用性的提升，人们在研究中发现使用多层染料会对电子的传输存在窒塞的作用，多层染料的重叠使其成为了绝缘体，人们没有办法来提高光的捕获率通过使用多层染料的方法。
图1.2.3 DSSC结构图
卤化银通过染料的敏化后可以巩固它于自然光的反馈的能力，乃至可以延长到达红光和红外光的范围，这一现象在1873年被德国的H．Vogel察觉到。
在1960年，在德国H.Tributsch通过在表层的染料吸附的研究实验中发现，在特定的情况下，在半导体的机制会生产I，这一研究内容为光电化学电池的制备提供了理论指导。
1991年，瑞士人率先在制备DSSC的研究上取得了巨大的的进展。他们是由TiO2制成的多孔结构，纳米晶薄膜其存在着高比表面积，在薄膜的表面吸附着很多敏化染料，把低挥发的电解质选取出来，用这些东西研制成一种DSSC。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/2355.html
