Разработка и исследование сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

• Автор: Саенко, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ФОТОЭЛЕКТРО-ХИМИЧЕСКИХ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1.1 Обзор существующих солнечных элементов

1.2 Физические принципы построения фотоэлектрохимических солнечных элементов

1.2.1 Конструкция и материалы сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.2.2 Особенности работы и основные характеристики сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана.
1.3 Лазерные технологии и создание пористого электрода диоксида титана для сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.4 Анализ существующих моделей сенсибилизированных красителем солнечных элементов

1.5 Выводы по главе

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА
2.1 Разработка модели сенсибилизированного красителем солнечного элемента на основе диоксида титана
2.1.1 Основные уравнения построения модели сенсибилизированного красителем солнечного элемента на основе диоксида титана
2.1.2 Расчет плотности потока фотонов в диапазоне поглощения молекул красителя
2.1.3 Разработка модели пористой структуры сенсибилизированной красителем пленки диоксида титана

2.1.4 Расчет величины последовательного сопротивления в сенсибилизированном красителем солнечном элементе
2.2 Разработка методики моделирования сенсибилизированного красителем солнечного элемента
2.3 Моделирование характеристик и параметров сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НАНОПОРИСТОЙ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА ТИТАНА ПРИ ЛАЗЕРНОМ СПЕКАНИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
3.1 Формирование нанопористой пленки диоксида титана с использованием лазерных технологических операций
3.2 Исследование морфологии поверхности и толщины пленок диоксида титана при лазерном спекании
3.3 Исследование фазового состава полученных пленок диоксида титана при лазерном спекании
3.4 Исследование спектров поглощения сенсибилизированных красителем пленок диоксида титана при лазерном спекании
3.5 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ КРАСИТЕЛЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ТИТАНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ
4.1 Разработка технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана
4.2 Измерение характеристик и параметров экспериментальных образцов сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана

4.3 Сравнительный анализ параметров полученных образцов сенсибили-
зированных красителем солнечных элементов с их аналогами
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа моделирования сенсибилизированных красителем солнечных элементов на основе диоксида титана
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акты о внедрении результатов, полученных в кандидатской диссертации

жащего ионы окислителя IJ (Ох) и восстановителя I- (Red) и платинового про-тивоэлектрода (Pt). При использовании СКСЭ в качестве источника электрической энергии к его контактам необходимо присоединить нагрузку сопротивлением RH.
На рисунке 1.11 представлена энергетическая диаграмма СКСЭ с основными реакциями, протекающими в элементе при освещении и подключённой внешней нагрузке [51, 53]. Все возможные реакции в элементе можно представить в виде последовательности прямых реакций (1-5, сплошные линии) и конкурирующих с ними механизмов потерь (6-8, пунктирные линии) [61-64]:
1) оптическое возбуждение красителя при поглощении фотона hv:
S + hv -> S*, (1.7)
2) инжекция электрона из возбуждённой молекулы красителя S* в зону проводимости наночастиц ТЮ2:
S* -> S+ + е~(ТЮ2), (1.8)
3) диффузия электронов через плёнку наночастиц ТЮ2,
4) регенерация окисленных молекул красителя S+ в результате реакции окисления ионов 1“:
2S+ + ЗГ -» 2S + IJ (ЗГ - 2e"(S+) -» IJ), (1.9)
5) восстановление ионов IJ до I- на противоэлектроде:
IJ + 2e-(Pt) -* ЗГ, (1.10)
6) деактивация (релаксация) возбуждённого красителя S*:
S* -> S + hv, (1.11)
7) рекомбинация электронов зоны проводимости ТЮ2 с ионами окислителя IJ (реакция восстановления):
IJ + 2е-(ТЮ2) -» ЗГ, (1.12)
8) обратная реакция инжектированного в Ti02 электрона с окисленной молекулой красителя Sf:
S+ + e"(Ti02) -♦ S. (1.13)