染料敏化太阳能电池高原植物染料敏化剂的提取与共敏化研究

摘要

在太阳能电池中，染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells，简称DSC）是一种新型的太阳能电池，它是1991年由瑞士科学家Michael Gr?tzel和Brian O，Regan发明的。DSC经过20多年的发展光电转换效率得到了稳步的提高，1997年报道的最高效率为7.1％，目前文献报道的最高效率为13%。但其还未能达到大规模的产业化，其中一个非常重要的原因是大多数DSC中的敏化剂均以人工合成染料为主，而人工合成染料含有贵金属元素，合成过程复杂，分离困难，成本高，且污染环境，致使其大规模推广使用受到限制。近年来天然染料以其来源广泛，提取方法简单，成本低廉，摩尔吸光系数高，且无环境污染，已成为染料敏化剂领域研究的新热点。青海具有海拔高、紫外线照射时间长、拥有许多青藏高原特有的植物等特点，因而研究开发高原天然染料敏化剂具有非常突出的地域优势。以青藏高原普遍存在的格桑花染料作为DSC的敏化剂，对其光电化学性能进行了研究。
　　1、从四种高原植物—菠菜、金莲花、喇叭花和格桑花中提取天然染料，并对其进行光吸收性能测试。以格桑花染料和菠菜染料分别作为敏化剂组装DSC，并对其光电性能和两中染料在TiO2表面的吸附方式进行了研究。
　　2、采用柱色谱对格桑花染料进行分离，对分离所得各组分的光、热稳定性能进行了研究。以光、热稳定性能良好的组分为敏化剂组装DSC，并对其光电性能进行研究。
　　3、采用花青素和β-胡萝卜素作为敏化剂，研究了共敏化方式对DSC光吸收性能和电池性能的影响。讨论了共敏化比例、共敏化浓度和共敏化时间对DSC光电性能的影响，发现花青素和β-胡萝卜素共敏化的最佳敏化条件为体积比1:1，时间为15 min，浓度为花青素11.53 mg/mL，β-胡萝卜素1.18 mg/mL。
　　4、采用电化学方法研究了花青素、β-胡萝卜素、两者混合物和添加了共吸附剂分子的混合物的能级位置，并分析不同溶液与TiO2薄膜以及电解液间的能级匹配关系，在此基础上讨论了共敏化的机理和脱氧胆酸对天然染料共敏化太阳能电池光电性能的影响。

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第1章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 染料敏化太阳能电池概述

1.3 DSC的主要性能参数

1.4 本论文的研究思路

第2章 实验试剂、仪器和方法

2.1 实验试剂及仪器

2.2 DSC的组装

第3章 高原天然染料敏化剂的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 格桑花染料的分离

4.1 引言

4.2 色素的分离

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 天然染料共敏化的研究

5.1 引言

5.2 天然染料的制备

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 天然染料共敏化DSC的电化学性能研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 结果与讨论

第7章 结论

7.1 创新点

7.2 总结

参考文献

致谢

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