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锐钛矿金红石复合tio2光电极制备及其在太阳能电池中的应用研究(附件)

2021-05-09 10:18编辑: www.51jrft.com51今日论文网

目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 太阳能电池的发展 1
1.3纳米二氧化钛的结构及其制备方法 3
1.3.1 纳米二氧化钛材料简介 3
1.3.2 二氧化钛的结构 3
1.3.3 二氧化钛的应用 4
1.4二氧化钛的制备方法 5
1.4.1物理法 5
1.4.2化学法 5
1.5本论文的主要研究内容和目的 6
2实验部分 6
2.1主要实验仪器及试剂 6
2.1.1实验仪器 7
2.1.2实验试剂 7
2.2实验方法 7
2.2.1制备乳液 7
2.2.2制备澄清液 9
2.2.3加入P25 11
2.3太阳能电池制作 13
2.3.1制作光阳极 13
3实验结果与分析 14
3.1形貌及成分表征 14
3.2 光电性能测试 17
结论 20
致谢 21
参考文献 22 1 绪论
1.1 研究背景
随着全球不可再生能源的消耗,如何利用可再生能源成为当今各国的热门研究内容。如风能、水能、地热能、太阳能等都是可再生能源,是取之不尽、用之不竭的,而且可再生能源不会对环境造成破坏[1]。但是地理等因素限制了大部分可再生能源的利用,如水能、地热能,没有好的地理环境无法利用这两种可再生能源。相对于大多数可再生能源来说,太阳能分布广,是更加容易利用、也更加环保的可再生能源,是最理想的可再生能源 [2] 。所以各国都在争相开发利用太阳能的产品。太阳能的应用主要有三个方面,分别是太阳能光电应用、太阳能光热应用和太阳自然光利用 [3] 。现今,太阳能已成为人类日常使用能源的重要组成部分,尤其是能源危机及石化能源对环境污染程度日趋严重,更是加快了人类对太阳能探索的步伐,开发清洁环保可再生能源成为人类面临的重大问题, 研究太阳能发电因此也成为21世纪科学研究的重要领域之一,所以,研究太阳能电池具有重要的意义。
太阳能电池的发展可分为以下几个阶段:第 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
一代太阳能电池(晶体硅太阳能电池),第二代太阳能电池(薄膜太阳能电池),第三代太阳能电池(新型太阳能电池),全固态太阳能电池[4]。
太阳能电池发电利用了太阳能电池的光伏特效应,太阳能电池是一种直接将太阳辐射能转化成为电能的发电装置。光伏特效应指的是当物体受光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。目前CdS、SnO2、TiO2等许多化合物被用于光电转换。其中Cd、Se等是剧毒物质,对环境危害大[5]。二氧化钛是一种典型的半导体材料,具有化学性质稳定,价格低廉,无毒等优点,被广泛用于太阳能转化领域[68]。
第三代电池中的染料敏化太阳能电池(DSSCs)相比于传统的太阳能电池,具有工艺简单,无污染,成本较低等优点。二氧化钛光电极做为DSSCs的核心部分,是决定太阳能电池光电转换效率的关键因素。采用多样化的制备技术以及掺杂、复合等方法提高二氧化钛光电极对太阳光的有效利用率具有重要的理论意义及工业应用价值[9]。
1.2 太阳能电池的发展
太阳能光电应用是太阳能的重要利用形式,是将太阳能转化为电能的发电技术,利用的是半导体材料的光伏效应。与传统的火电等发电形式相比,光伏发电具有无污染、无噪音、维护简单、可开发地区广等优点,是非常理想的发电形式,而光伏发电主要技术主要应用于太阳能电池。
太阳能电池利用光电效应发电,自科学家Edmond Becaqurerel发现光伏效应以来人们就开启了探索太阳能电池的道路[10],至今太阳能电池可分为第一代太阳能电池(晶体硅太阳能电池)、第二代太阳能电池(薄膜太阳能电池)、第三代太阳能电池(新型太阳能电池)。第一代太阳能电池可分为单晶硅和多晶硅太阳能电池,第一代太阳能电池的制造技术已较为成熟。其中多晶硅电池是目前市场上比较常见的太阳能电池之一,但其使用寿命较短。第二代太阳能电池可分为硅基薄膜和多元化薄膜太阳能电池,硅基薄膜太阳能电池虽然光电转化率低,但其可在弱光环境下发电。而多元化薄膜太阳能电池使用的材料过于昂贵,且大部分有剧毒,所以市场上比较排斥这一类太阳能电池。第三代太阳能电池中的新型太阳能电池已经成为了近年的研究热点,因为新型太阳能电池价格便宜,材料来源丰富,且制作材料无毒无污染。
近几年,以钙钛矿型太阳能电池为代表的新型太阳能电池发展迅猛。钙钛矿型太阳能电池以染料敏化太阳能电池(DSSCs)为基础, DSSCs与传统单晶硅电池相比,它的成本更低、制作更简单、对可见光谱的吸收更大。DSSCs主要包括染料、对电极、光电极、氧化还原电解液、密封材料和透明导电光学玻璃,其中两端分别是光电极和对电极,中间是电解液,结构如图1.1所示。

图1.1 染料敏化太阳能电池结构示意图[11]
1.3纳米二氧化钛的结构及其制备方法
1.3.1 纳米二氧化钛材料简介
纳米材料的设想是由物理学家查得费曼在1959年提出的,纳米材料指的是由尺寸在1100纳米范围内的粒子组成的处于分子与宏观物质间的介观态材料,所以纳米材料又被称为超微颗粒材料[12]。其实纳米技术已经使用了数百年,比如以前红宝石、陶瓷的生产就运用了纳米技术。自然界也存在很多纳米材料,比如人类的牙齿。

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