染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池是一种新颖的光电化学太阳能电池。它制作工艺简单、成本低廉、性能稳定，对环境友好，具有广阔的应用前景。本文概述了染料敏化太阳能电池的研究历史、研究现状和发展趋势，对其结构、原理作了简单的介绍；研究了不同的TiO_2薄膜制备方法及其各实验参数对性能的影响；对电池的对电极制备、封装进行了比较讨论和改进，尝试性研究并组装了大面积DSSC。 首先，利用钛酸丁酯、无水乙醇和去离子水等试剂，通过溶胶提拉法制备TiO_2薄膜。通过比较不同层数薄膜的表面形貌，得到以下结论：随着薄膜层数的增加，TiO_2颗粒逐渐增大；比较烧结前后相同层数薄膜的TiO_2颗粒，发现烧结后的颗粒要比烧结前的细小，而烧结后，薄膜具有透明性，随着层数的增多，透明度逐渐降低，吸附染料增加；将各层薄膜分别组装成电池后，测试其IV曲线，结果表明，当薄膜层数为8层时，薄膜的光电性能最佳。 其次，通过粉末法制备TiO_2薄膜：利用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨好浆料后，用粉末刮涂法制得薄膜，并研究了各实验参数对电池性能的影响，结果表明：当使用1.5g P25，3ml去离子水，0.5ml乙酰丙酮，0.2ml Triton X-100，研磨总时间为60min，热处理温度为500℃，保温时间为30min，所制得的薄膜组装成电池后其光电性能最好。 再次，分别比较了三种方法制备薄膜的优劣：(1)溶胶提拉法：利用钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水作为原料，配制成钛溶胶液后，用提拉法制得TiO_2薄膜；(2)粉末刮涂法：用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨成浆料，通过刮涂法制得TiO_2薄膜；(3)混合涂敷法：将P25粉末与钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水配制出来的钛溶胶液混合，并加入乙酰丙酮、Triton X-100等添加剂研磨，得到的浆料在导电玻璃上刮涂制得TiO_2薄膜。将各薄膜组装成电池后，测试其IV曲线图，研究结果表明，混合涂敷法制得的TiO_2薄膜组装成电池后，光电性能优于其他两种制备方法。 最后，对封装工艺进行了探讨改进，并系统研究了大面积染料敏化太阳能电池的制备过程。利用粉末刮涂法制备了大面积TiO_2薄膜，将薄膜经过热处理后，浸泡于染料中，得到TiO_2/染料电极，与碳对电极一起进行封装，并在两者之间注入电解液，连接好外电路，完成整个大面积电池的组装工作，测试结果表明，电池性能较为稳定。 【关键词】：太阳能电池 染料敏化 二氧化钛 溶胶提拉 粉末刮涂 大面积
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-30
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 太阳能电池的分类15-16
• 1.3 DSSC 研究历史和现状16-17
• 1.4 DSSC 结构和工作原理17-28
• 1.4.1 TiO_2光阳极19-25
• 1.4.2 染料敏化剂25-26
• 1.4.3 电解质26-28
• 1.4.4 对电极28
• 1.5 发展前景与存在的问题28-29
• 1.6 本文的研究内容29-30
• 第二章 实验所用材料、过程介绍30-34
• 2.1 实验材料30
• 2.2 实验设备30-31
• 2.3 实验过程31-34
• 第三章 制备方法对电池性能的影响研究34-72
• 3.1 溶胶提拉法34-40
• 3.1.1 溶胶生成条件和结合机理34-36
• 3.1.2 溶胶提拉法制备薄膜36
• 3.1.3 薄膜形貌的比较36-40
• 3.1.4 薄膜的伏安特性测试40
• 3.2 粉末刮涂法40-54
• 3.2.1 研磨时间对 DSSC 性能的影响42-44
• 3.2.2 乙酰丙酮对 DSSC 性能的影响44-46
• 3.2.3 Triton X-100 对 DSSC 性能的影响46-49
• 3.2.4 热处理温度对 DSSC 性能的影响49-51
• 3.2.5 保温时间对 DSSC 性能的影响51-52
• 3.2.6 对电极制备工艺的比较52-54
• 3.3 混合涂敷法54-62
• 3.3.1 乙酰丙酮对 DSSC 性能的影响55-56
• 3.3.2 Triton X-100 对 DSSC 性能的影响56-58
• 3.3.3 热处理温度对 DSSC 性能的影响58-60
• 3.3.4 保温时间对 DSSC 性能的影响60-62
• 3.4 三种制备方法的比较62-70
• 3.4.1 TiO_2薄膜制备方法对电池性能的影响66-69
• 3.4.2 原因分析69-70
• 3.5 本章小结70-72
• 第四章 大面积 DSSC 的初步研究72-84
• 4.1 引言72-73
• 4.2 实验结果与分析73-79
• 4.2.1 氙灯条件下的测试结果73
• 4.2.2 太阳光条件下的测试结果73-79
• 4.3 封装设计讨论79-81
• 4.4 电池光电性能随时间的变化测试81-83
• 4.5 本章小结83-84
• 第五章 总结与展望84-86
• 5.1 结论84-85
• 5.2 主要创新点和意义85
• 5.3 展望85-86
• 参考文献86-92
• 致谢92-93
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文93

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