利用MWCNTs和g-C 3 N 4 对QDSC中TiO 2 光阳极性能改善的研究
发布时间：2024-02-03 05:10
由于理论效率高、生产工艺简单、原料便宜等优点,使得量子点敏化太阳能电池(QDSC)被认为是最具有潜力的第三代太阳能电池。无机半导体量子点(QDs)作为新型光采集器有很多吸引人的优点,如摩尔消光系数高、带宽可调节以及多激子效应等。本论文分别将一维和二维材料引入到QDSC的TiO2光阳极中,优化了光阳极的电子传输和光吸收性能。光阳极作为量子点敏化太阳能电池的核心组成部分,其中以纳米级的TiO2作为最常用的光阳极多孔薄膜材料。但是光阳极多孔薄膜在煅烧过程中由于TiO2纳米颗粒不同程度的收缩会产生许多微小裂纹,严重影响了电池的光电性能。本论文利用多壁碳纳米管(MWCNTs)大的比表面积、良好的导电能力以及独特的管状结构等优点来优化光阳极内部存在的微裂纹效应。结合微观形貌表征、伏安特性(J-V)曲线和电化学阻抗(EIS)谱对试样进行了系统的分析,结果表明基于MWCNTs/TiO2复合光阳极的QDSC的光电转化效率(PCE)为3.05%相较于纯TiO2光阳极QDSC的PCE提高了73.3%...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 太阳能电池的发展
1.3 量子点敏化太阳能电池基础
1.3.1 量子点的介绍
1.3.2 QDSC的结构及工作原理
1.3.3 QDSC的关键性能参数
1.4 QDSC光阳极的种类
1.4.1 ZnO光阳极
1.4.2 SnO2光阳极
1.4.3 TiO2光阳极
1.5 QDSC对电极的种类
1.6 本文的主要研究内容及立题依据
第2章 实验方案与测试方法
2.1 实验原料及仪器设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验仪器及设备
2.2 不同光阳极的制备
2.2.1 FTO导电玻璃的预处理
2.2.2 TiO2致密膜的制备
2.2.3 MWCNTs的酸处理
2.2.4 MWCNTs的分散处理
2.2.5 MWCNTs/TiO2复合溶胶的制备
2.2.6 MWCNTs/TiO2复合光阳极的制备
2.2.7 CdS/ZnS敏化的MWCNTs/TiO2光阳极的制备
2.2.8 以尿素为氮源g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.2.9 以三聚氰胺为氮源g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.2.10 CdS量子点敏化的g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.3 CuS对电极的制备
2.4 多硫电解质的配制
2.5 QDSC的组装
2.6 测试与表征方法
2.6.1 X射线衍射
2.6.2 扫描电子显微镜
2.6.3 透射电子显微镜
2.6.4 红外光谱
2.6.5 紫外-可见漫反射光谱
2.6.6 比表面积测试(BET法)
2.6.7 J-V曲线和EIS谱测试
2.7 本章小结
第3章 MWCNTs/TiO2光阳极的性能分析
3.1 前言
3.2 MWCNTs/TiO2光阳极以及酸化前后MWCNTs的分析
3.2.1 X射线衍射分析
3.2.2 MWCNTs的 SEM和 TEM以及比表面积分析
3.2.3 酸化前后MWCNTs的红外光谱分析
3.3 MWCNTs/TiO2光阳极的形貌分析
3.3.1 不同光阳极的SEM分析
3.3.2 不同光阳极的TEM分析
3.4 基于不同MWCNTs/TiO2光阳极QDSC光电性能分析
3.4.1 EIS谱分析
3.4.2 J-V曲线分析
3.5 基于不同光阳极薄膜厚度的QDSC光电性能分析
3.5.1 EIS谱的测试结果与分析
3.5.2 J-V曲线测试结果与分析
3.6 本章小结
第4章 g-C3N4/TiO2光阳极的性能分析
4.1 前言
4.2 尿素作为氮源制备的g-C3N4/TiO2光阳极分析
4.2.1 X射线衍射的测试结果与分析
4.2.2 红外光谱的测试结果与分析
4.2.3 紫外-可见漫反射光谱的测试结果与分析
4.2.4 不同光阳极SEM的测试结果与分析
4.2.5 不同光阳极粉末TEM的测试结果与分析
4.2.6 EIS谱的测试结果与分析
4.2.7 J-V曲线的测试结果与分析
4.3 三聚氰胺作为氮源制备的g-C3N4/TiO2光阳极分析
4.3.1 X射线衍射分析
4.3.2 红外光谱的测试结果与分析
4.3.3 紫外-可见漫反射光谱的测试结果与分析
4.3.4 不同光阳极SEM的测试结果与分析
4.3.5 不同光阳极粉末TEM的测试结果与分析
4.3.6 EIS谱的测试结果与分析
4.3.7 J-V曲线的测试结果与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3893773
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 太阳能电池的发展
1.3 量子点敏化太阳能电池基础
1.3.1 量子点的介绍
1.3.2 QDSC的结构及工作原理
1.3.3 QDSC的关键性能参数
1.4 QDSC光阳极的种类
1.4.1 ZnO光阳极
1.4.2 SnO2光阳极
1.4.3 TiO2光阳极
1.5 QDSC对电极的种类
1.6 本文的主要研究内容及立题依据
第2章 实验方案与测试方法
2.1 实验原料及仪器设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验仪器及设备
2.2 不同光阳极的制备
2.2.1 FTO导电玻璃的预处理
2.2.2 TiO2致密膜的制备
2.2.3 MWCNTs的酸处理
2.2.4 MWCNTs的分散处理
2.2.5 MWCNTs/TiO2复合溶胶的制备
2.2.6 MWCNTs/TiO2复合光阳极的制备
2.2.7 CdS/ZnS敏化的MWCNTs/TiO2光阳极的制备
2.2.8 以尿素为氮源g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.2.9 以三聚氰胺为氮源g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.2.10 CdS量子点敏化的g-C3N4/TiO2复合光阳极的制备
2.3 CuS对电极的制备
2.4 多硫电解质的配制
2.5 QDSC的组装
2.6 测试与表征方法
2.6.1 X射线衍射
2.6.2 扫描电子显微镜
2.6.3 透射电子显微镜
2.6.4 红外光谱
2.6.5 紫外-可见漫反射光谱
2.6.6 比表面积测试(BET法)
2.6.7 J-V曲线和EIS谱测试
2.7 本章小结
第3章 MWCNTs/TiO2光阳极的性能分析
3.1 前言
3.2 MWCNTs/TiO2光阳极以及酸化前后MWCNTs的分析
3.2.1 X射线衍射分析
3.2.2 MWCNTs的 SEM和 TEM以及比表面积分析
3.2.3 酸化前后MWCNTs的红外光谱分析
3.3 MWCNTs/TiO2光阳极的形貌分析
3.3.1 不同光阳极的SEM分析
3.3.2 不同光阳极的TEM分析
3.4 基于不同MWCNTs/TiO2光阳极QDSC光电性能分析
3.4.1 EIS谱分析
3.4.2 J-V曲线分析
3.5 基于不同光阳极薄膜厚度的QDSC光电性能分析
3.5.1 EIS谱的测试结果与分析
3.5.2 J-V曲线测试结果与分析
3.6 本章小结
第4章 g-C3N4/TiO2光阳极的性能分析
4.1 前言
4.2 尿素作为氮源制备的g-C3N4/TiO2光阳极分析
4.2.1 X射线衍射的测试结果与分析
4.2.2 红外光谱的测试结果与分析
4.2.3 紫外-可见漫反射光谱的测试结果与分析
4.2.4 不同光阳极SEM的测试结果与分析
4.2.5 不同光阳极粉末TEM的测试结果与分析
4.2.6 EIS谱的测试结果与分析
4.2.7 J-V曲线的测试结果与分析
4.3 三聚氰胺作为氮源制备的g-C3N4/TiO2光阳极分析
4.3.1 X射线衍射分析
4.3.2 红外光谱的测试结果与分析
4.3.3 紫外-可见漫反射光谱的测试结果与分析
4.3.4 不同光阳极SEM的测试结果与分析
4.3.5 不同光阳极粉末TEM的测试结果与分析
4.3.6 EIS谱的测试结果与分析
4.3.7 J-V曲线的测试结果与分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3893773
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