染料敏化太阳能电池电极材料的性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池因其低廉的制作成本，简单的工艺以及稳定的性质，逐渐成为人们重视的一种新型太阳能电池。作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，光阳极与对电极性能的好坏对于电池效率会产生重要影响，成为太阳能研究方向的一个热点。本文主要对光阳极和对电极开展相应的研究工作。 1.研究了TiO_2薄膜光阳极制备工艺及对转换效率的影响。采用多种制备方法研制了TiO_2薄膜光阳极，并对影响光电转换效率的因素如成分组成、薄膜厚度、退火温度等进行了探索。研究结果表明：采用丝网印刷技术制备TiO_2薄膜电极能够控制薄膜的厚度、均匀度，制备的TiO_2薄膜形貌较好；在薄膜中加入分散剂能够有效阻止TiO_2团聚的发生，提高薄膜的透明度以及染料吸附性，光电转换效率提高到1.6%；通过优化薄膜厚度，转换效率达到2.6%。 2.探索了CNT掺杂对光阳极性能的影响。通过SEM、EDS以及光电性能测试，分析CNT的掺杂对电池光电效率的影响。实验结果表明：当CNT的添加量为0.4wt%，光电转换效率能够达到2.56%；对CNT进行酸性处理，能够提高它与TiO_2的结合能力，使得光电转换效率从2.56%提升到2.84%。这一结果证明了添加分散均匀的适量CNT，能够提高电池的光电转换效率。 3.研究了不同对电极材料和制备工艺对电池性能的影响。分别探讨了采用碳黑、CNT以及铂等材料对电池光电转换效率的影响。研究结果表明：采用碳黑作为对电极，组装的电池效率很低，光电压、光电流分别只有0.51V和2.1mA，而采用CNT作为对电极，光电压、光电流分别提高到0.69V和5.8mA，填充因子在0.47，转换效率达到1.88%，相比成本高昂的Pt对电极，纯度不高的CNT对电极能够有效降低对电极的成本。 最后将掺杂CNT的光阳极与CNT对电极进行组装测试，测得电池的光电流与光电压分别为0.72V和8.1mA，填充因子为0.51，光电转换效率为2.98%，相比没有掺杂CNT的电池，转换效率提高了10%。通过在两电极间引入碳纳米管，能够提高电池转换效率，这提出了电极制备新的研究方向。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 丝网印刷 碳纳米管 光阳极
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 染料敏化太阳能电池的研究现状11-19
• 1.2.1 光阳极13-16
• 1.2.2 染料敏化剂16-18
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池对电极的研究18-19
• 1.2.4 碳材料在 DSSC 中的应用研究现状19
• 1.3 本论文的主要工作19-21
• 第二章 染料敏化太阳能电池的结构、机理21-27
• 2.1 引言21
• 2.2 染料敏化太阳能电池的结构与机理21-26
• 2.2.1 染料敏化太阳能电池的结构21-22
• 2.2.2 染料敏化电池基本原理22-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 染料敏化太阳能电池的组装方案设计27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 组装工艺流程27-31
• 3.2.1 导电玻璃 FTO 的准备28
• 3.2.2 纳米晶 TiO_2浆料的制备28
• 3.2.3 电解液的配制28-29
• 3.2.4 对电极的制备29
• 3.2.5 Surlyn 塑料薄膜框的制作29-30
• 3.2.6 丝网印刷法制备 TiO_2薄膜30
• 3.2.7 染料的浸染30-31
• 3.2.8 电池的组装31
• 3.3 DSSC 性能测试31-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 光阳极的制备与性能研究36-58
• 4.1 引言36
• 4.2 TiO_2薄膜的性质36-37
• 4.3 主要试剂与仪器37-38
• 4.4 TiO_2纳米晶多孔薄膜的制备38-41
• 4.4.1 导电玻璃基底的处理38-39
• 4.4.2 TiO_2浆料配制39
• 4.4.3 电极的涂覆39-41
• 4.4.4 TiO_2薄膜高温退火处理41
• 4.5 纳米晶 TiO_2薄膜电极性质以及形貌表征41-51
• 4.5.1 涂覆方法对 TiO_2形貌的影响41-43
• 4.5.2 TiO_2浆料成分对 DSSC 性能的影响43-47
• 4.5.3 升温速率对 TiO_2形貌的影响47-50
• 4.5.4 二氧化钛膜厚对光电流产生的影响50-51
• 4.6 光阳极的修饰51-56
• 4.6.1 碳纳米管的介绍51-52
• 4.6.2 碳纳米管的制备52-53
• 4.6.3 CNT/ TiO_2电极的制备53-55
• 4.6.4 酸性处理对电池性能的影响55-56
• 4.7 本章小结56-58
• 第五章 对电极的制备与性能研究58-69
• 5.1 引言58
• 5.2 对电极的制备58-61
• 5.2.1 Pt 对电极的制备58-59
• 5.2.2 碳黑对电极的制备59
• 5.2.3 碳纳米管对电极的制备59-61
• 5.3 对电极性能测试结果对比分析61-67
• 5.3.1 对电极的电阻测试61-62
• 5.3.2 喷涂时间对 CNT 表面形貌的影响62-63
• 5.3.3 分散剂对 CNT 对电极表面形貌的影响63-67
• 5.3.4 新型对电极电池的性能测试67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-78
• 攻硕期间取得的研究成果78-79

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