染料敏化太阳能电池阻抗分析硕士学位论文

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1、天津大学硕士学位论文染料敏化太阳能电池阻抗分析姓名：巩峰申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王富民20070601摘要随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，新能源的开发和利用显得十分紧迫。太阳能作为一种清洁而又取之不尽的能源，正在受到人们的重视。近年来，染料敏化太阳能电池由于其廉价的成本和简单的制作工艺以及潜在的高光电转化效率，成为当前纳米技术和光电转换材料研究的热点之一，是最有希望取代传统太阳能电池的新型太阳能转换装置。随着人们对其研究的不断深入，染料敏化太阳能电池的性能有了很大的提高，

2、但其光电转换效率距理论值还有比较大的差距，关于电池的工作机理仍有许多模糊不清的地方，需要进一步的深入研究。电化学阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率范围广、对体系扰动小的特点，已被证实是一种非常有效的研究染料敏化太阳能电池中电子传输及复合过程动力学的方法。本文应用电化学阻抗谱技术对电池内部电子传输过程的阻抗特性进行了研究，建立了一个能够完整描述电池结构的等效电路，同时结合阻抗的理论模型，对不同条件下电池的阻抗谱图进行了分析，并采用模拟退火算法对阻抗数据进行拟合，从而确定了反映电子转移

3、过程的重要参数。对于采用P25制备的染料敏化太阳能电池的阻抗谱图，分析结果表明电池的内部阻抗主要来自至少三个方面：高频区域，铂和电解质界面的阻抗；中频区域，电子在二氧化钛薄膜中的传输和复合阻抗；低频区域，电解质内部的扩散阻抗。其中电子在二氧化钛薄膜中的传输和复合阻抗是影响电池内部阻抗的主要方面，电解质的扩散对电池内部阻抗的影响较小。同时，增加铂对极厚度、二氧化钛薄膜厚度和入射光强度，以及减小电解液层厚度，能够减小电池的阻抗。此外，较高的二氧化钛中电子有效扩散系数和电子有效寿命以及电解质的扩散系数

4、是制备高效染料敏化太阳能电池的重要因素。关键词：染料敏化太阳能电池电化学阻抗谱阻抗分析数学物理模型ABSTRACTWiththeincreasinglyseriousenergycrisisandenvironmentalpollution，thedevelopmentandutilizationofnewenergyisbecomingextremelyurgent．Theconversionofsolarenergytoelectricalpoweristhemainprocessforut

5、ilizationofsolarenergy．Dye-sensitizedsolarcells(DSCs)，withitslowercostsimplerfabricationtechniqueandpotentialhigherphotoconversionefficiency，haveattractedconsiderableattentioninrecentyearsandbeenconsideredapromisingcandidateforfuturesolarenergyconver

6、sion．AlthoughtheperformanceoftheDSCshasbeenimprovedmuchandtherecordphotoconversionefficiencyof11％hasbeenobtained,thereisstillplentyofspaceforimprovementconsideringthetheoreticalefficiencyof30％forasinglebandgapjunction．ThetheoreticalstudiesofDSCsarefa

7、rfrombeingcompletedandthedetailedmechanismsinthisphotoconversitonprocessaremuchmorecomplexandneedfurtherresearch．Electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)isacommonlyusedelectrochemistrytesttechnologyandhasbeenprovedtobeapowerfultooltostudythekinetics

8、ofchargetransferandrecombinationprocessesinDSCs．Inthispaper,EISWasusedtoinvestigatetheinternalresistancesattributabletochargetransferandrecombinationprocessesofDSCs．Anequivalentcircuitwasdevelopedtodescribecell’Sstructureandthephotoconversionprocessi