具有纳米管阵列界面层的钛基柔性染料敏化太阳能电池的制备及性能

【摘要】：染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSSCs)以光电转化效率高、制备工艺简单、价格低廉等优点引起了各国研究者的高度关注。为了拓宽染料敏化太阳电池的应用领域,科学家们尝试利用轻便可弯折的柔性导电基板代替重量大、易破碎、昂贵的镀有铟锡金属氧化物导电层的玻璃来制备DSSCs。一般常用的柔性基板是聚合物导电基板,但是由于聚合物基板的热稳定性不够,在其上制备的光阳极不能高温烧结,导致二氧化钛纳米晶颗粒之间连接性不够,电池性能不够好。导电性优异且耐电解液腐蚀的钛箔用作光阳极基板,可耐受高温烧结,光从对电极面照射到电池,即可克服金属不透光的缺点。此外,金属钛箔基板与多孔二氧化钛纳米晶薄膜难以形成牢固的界面结合。因此,如何通过物理化学方法增加金属钛箔基板与多孔氧化物之间的结合力也是增加电池性能的有效手段。 针对以上问题本文开展了以下几个方面的研究： (1)以高透过率的ITO-PET为对电极基板,利用离子溅射法制备出高透过率(60%-85%：400-800nm)高催化活性的柔性Pt对电极,比较了不同溅射条件下制备的柔性染料敏化太阳能电池的I-V性能。当溅射时间为20s时,DSSCs的光电转换效率最高,为4.0%。 (2)利用阳极氧化法,分别在NH4F和HF这两种电解液体系中在钛箔基板上成功制备了结构规整有序的高密度TiO2纳米管阵列。结合TiO2纳米管阵列的形成机理,考察了不同电解液体系中不同阳极氧化电压和不同阳极氧化时间对纳米管阵列形成的影响。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)可发现,NH4F电解液体系制备得到的TiO2纳米管阵列厚度约在1.3-3μm左右,管径约在60-70nm左右,HF电解液体系制备得到的TiO2纳米管管径约在60-70nm,厚度约在150-285nm。 (3)利用离子溅射制备的高催化活性高透过性的Pt电极作为对电极,经阳极氧化处理的钛箔作为光阳极基板,组装成DSSCs电池。TiO2纳米晶薄膜厚度对背面照射的染料敏化太阳能电池性能有明显影响,当丝网印刷层数为8层时,膜厚为17μm,电池性能最佳。分析并比较了不同氧化条件形成的TiO2纳米管阻挡层对所制备的柔性DSSC的光电性能的影响,发现在NH4F体系中,当阳极氧化时间为60min,电压为30V时得到的TiO2纳米管阻挡层制备的电池的光电转换效率最高,达到了5.1%；在HF体系中,当阳极氧化时间为60min,电压为60V时得到的TiO2纳米管制备的电池的光电转换效率最高,为4.9%。利用TiCl4溶液处理TiO2纳米管阻挡层,可修复纳米管表面的缺陷,增加电子传递速率。经TiCl4溶液处理的NH4F电解液得到的TiO2纳米管阻挡层组装成的DSSCs,其光电转化效率由5.1%提高到了5.4%。同样,HF电解液得到的TiO2纳米管阻挡层经TiCl4溶液处理后组装成的DSSCs,其光电转化效率由4.9%提高到了5.0%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 铂对电极 二氧化钛纳米管 阻挡层 阳极氧化
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 柔性染料敏化太阳能电池的结构及工作原理13-16
• 1.2.1 柔性染料敏化太阳能电池的结构13
• 1.2.2 柔性染料敏化太阳能电池工作原理13-15
• 1.2.3 柔性染料敏化太阳能电池的性能参数15-16
• 1.3 柔性基板的的研究进展16-18
• 1.3.1 柔性高分子导电薄膜基板16-17
• 1.3.2 金属箔基板17-18
• 1.4 一维TiO_2纳米材料在染料敏化太阳能电池的应用18-19
• 1.5 柔性对电极的研究现状19-22
• 1.5.1 化学还原法20
• 1.5.2 磁控溅射法20-21
• 1.5.3 电泳沉积法21-22
• 1.6 本文研究的内容与目的22-24
• 1.6.1 课题的提出22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 第二章 高透过率高活性的柔性Pt/ITO-PET对电极的制备及其表征24-35
• 2.1 实验部分24-26
• 2.1.1 主要试剂和材料24
• 2.1.2 表征手段24-25
• 2.1.3 实验过程25-26
• 2.2 结果与讨论26-33
• 2.2.1 柔性Pt/ITO-PET对电极的表面形貌分析26-27
• 2.2.2 柔性Pt/ITO-PET对电极的透过率分析27
• 2.2.3 柔性Pt/ITO-PET对电极的光电性能分析27-30
• 2.2.4 溅射制备的Pt/ITO-PET柔性对电极与刚性对电极的光电性能比较30-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 阳极氧化法制备一维TiO_2纳米管阻挡层35-43
• 3.1 实验部分35-36
• 3.1.1 主要试剂和材料35
• 3.1.2 表征手段35
• 3.1.3 实验过程35-36
• 3.2 结果与讨论36-41
• 3.2.1 阳极氧化法制备一维TiO_2纳米管阵列的生长机理36-37
• 3.2.2 一维TiO-2纳米管阵列的形貌与结构表征37-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 含一维TiO_2纳米管阻挡层的柔性DSSC的制备及其表征43-63
• 4.1 实验部分43-44
• 4.1.1 主要试剂和材料43
• 4.1.2 表征手段43
• 4.1.3 实验过程43-44
• 4.2 结果与讨论44-62
• 4.2.1 TiO_2纳米晶薄膜的厚度对DSSC性能的影响45-48
• 4.2.2 不同阳极氧化条件形成的TiO_2纳米管对DSSC的影响48-52
• 4.2.3 不同阻挡层对DSSC性能的影响52-60
• 4.2.4 TiCl_4处理TiO_2纳米管阻挡层对DSSC性能的影响60-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 全文总结63-64
• 参考文献64-71
• 附录一：硕士期间发表的论文及专利71-72
• 致谢72

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

染料敏化太阳电池光电极厚度的研究    倪萌;Leung M.K.H.;Leung D.Y.C.;

柔性染料敏化太阳电池    杨丽;辛钢;吴丽琼;马廷丽;

联吡啶钌络合物敏化钠晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究    杨蓉,王维波,肖绪瑞,侯原军,张宝文,曹怡

纳晶多孔TiO_2薄膜电极的化学处理    张东社,刘尧,王维波,肖绪瑞

低温制备高效透明铂对电极及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用    肖尧明;吴季怀;程存喜;陈媛;岳根田;林建明;黄妙良;范乐庆;兰章;

TiCl_4水解法制备的阻挡层对染料敏化太阳能电池光电性能的影响    陈东坡;张晓丹;魏长春;刘彩池;赵颖;

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管及其在太阳能电池中的应用    李欢欢;陈润锋;马琮;张胜兰;安众福;黄维;

TiO_2基纳米管阵列的构筑、表征及其光电化学性质研究    刘世凯

有机光电材料与有机光电器件    苑嗣纯;葛兴;赵建庄;

纳米TiO_2多孔膜的微结构对染料敏化纳米晶太阳能电池性能的影响    王华;王智;钱觉时;唐笑;朱小红;

染料敏化太阳能电池光阳极TiO_2薄膜的研究进展    黄娟茹;谭欣;于涛;赵林;吴天彧;

塑料太阳能电池的研究现状与进展    邓姝皓;刘丹;王之顺;熊依林;李洪飞;

柔性染料敏化太阳能电池TiO_2涂层电极的制备及性能研究    王仁博;胡志强;梁俏;周红茹;康姣;

阴极材料对有机太阳电池性能的影响    木丽萍;谢勇;段卓琪;郑晓虹;

TiO_2纳米阵列超疏水膜的制备及耐腐蚀性能    薛超瑞;董丽华;刘通;张芬;尹兵;尹衍升;

五甲川菁染料的敏化作用及其在Gr¨atzel型太阳能电池中的应用    张莉,杨迈之,,高恩勤,乔学斌,郝彦忠,王艳琴,蔡生民,孟凡顺,田禾

聚合物太阳能电池光伏材料的研究进展    田娜;马晓燕;王毅霏;朱小波;李冬梅;

染料敏化太阳能电池的二氧化钛膜性能研究    范乐庆,吴季怀,黄昀昉,林建明

染料敏化纳米晶TiO_2太阳能电池发展概况    黄亮;

不同钛源制备TiO_2薄膜电极及光谱特性    李丽;陈人杰;吴锋;张贵友;陈实;

染料敏化太阳电池光阳极薄膜的研究进展    郭晓伟;陈改荣;王辉;苗超林;苗郁;曹志民;

窄带隙共轭聚合物的制备与光伏性能研究    邓丹

一维ZnO、TiO_2纳米阵列制备、修饰及其性能研究    胡安正

TiO_2纳米管阵列薄膜的制备、表征及光电性能研究    黄娟茹

｛001｝晶面主导的锐钛型二氧化钛单晶的制备、稳定性和应用研究    杨晓华

锌电极材料的研究    王华清

Ⅰ.射频溅射制备纳米二氧化钛薄膜及其光致特性研究　Ⅱ.含非线性缺陷层的一维光子晶体研究    沈杰

敏化纳晶TiO_2薄膜电极的制备及性能研究    张含平

TiO_2纳米管阵列的阳极氧化制备及性能研究    陶海军

染料敏化太阳能电池新型TiO_2薄膜电极的制备及性能    李胜军

新型结构异质结太阳能电池的研究    沈亮

两种含联吡啶配体单体的合成及其聚合反应尝试    杜昆鹏

含8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及其光伏性能    肖丽芬

含8-羟基喹啉/苯并咪唑聚合金属配合物的合成及光伏性能研究    刘源

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

含3，4-乙烯二氧噻吩共轭聚合物与三苯胺基染料的合成及光伏性能研究    田宗芳

有机小分子太阳电池阴极修饰的研究    李方馨

提高有机太阳电池中空穴输出效率方法的研究    孟庆蕾

基于苯并双噻吩和芳香酰亚胺共轭聚合物的合成与性能    陈健

Er~（+3）掺杂TiO_2电极的染料敏化太阳能电池的性究    李飞涛

基于新活性材料的有机聚合物太阳能电池的研究    韩桂芝

液结太阳能电池敏化剂研究进展    王玉兰,黄宇,周丽萍,李红

基底对染料敏化太阳电池J-U特性的影响    倪萌;LEUNG Michael;

染料敏化太阳电池纳米结构对输出特性的影响    倪萌;LEUNG Michael;

空间因素对敏化剂性质的影响    侯原军,张宝文,曹怡,肖绪瑞,杨蓉

柔性染料敏化太阳能电池TiO_2薄膜的低温制备技术    沐俊应;徐娟;梁氏秋水;朱宏伟;陈振兴;

染料敏化TiO_2纳晶太阳能电池研究进展    吴季怀,郝三存,林建明,黄昀昉

阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列膜及其应用    王道爱;刘盈;王成伟;周峰;

半导体纳晶多孔TiO_2薄膜的特性研究    王维波,张振宗,肖绪瑞

联吡啶钌络合物敏化钠晶多孔TiO_2薄膜电极光电性能研究    杨蓉,王维波,肖绪瑞,侯原军,张宝文,曹怡

热液法低温制备纳晶TiO_2多孔薄膜电极    李成玉,林原,李学萍,王正平,马玉涛,周晓文,冯树京,肖绪瑞

TiO_2基纳米管阵列的构筑、表征及其光电化学性质研究    刘世凯

基于不同浓度铂对电极的染料敏化太阳能电池的性能研究    黄光胜;阮晓莉;竹怀君;

二氧化钛纳米管阵列制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    焦星剑;林红;李思钊;李建保;

Ti-2Al-1.5Mn合金表面纳米管阵列薄膜的光电化学响应特性研究    刘世凯;杨海滨;付乌有;李伊荇;李明辉;

模具电解加工    

电解加工研究中的几个问题    

灯示相敏电渗仪    江大杰;

日本最近改进的电解加工机床    茗;

气缸套端面电解液印字    薛雷,柴春英

蓄电池电解液结冰原因分析    徐辉,陈国衬,魏强

电动自行车蓄电池故障及检验排除方法    徐怀忠;

导电高分子纳米管阵列的电化学可控合成及其储能应用    王子龙;郭瑞;李高仁;童叶翔;

甘油电解液对阳极氧化TiO_2纳米管阵列的形貌及其光电性能的影响    宋玲霞;王玮;王敏;孙明亮;贺本林;李丰屹;刘威;

高度有序TiO_2纳米管阵列制备及电催化析氢性能的初步研究    吴青龙;廖俊生;柏云;

钛表面原位自生TiO_2纳米管抑菌种植牙材料的研究    崔春翔;戚玉敏;高鑫;李勇;王晶;刘慧;

外加电压对阳极氧化钛纳米管阵列光生阴极保护性能的影响    李洪义;王金淑;黄科林;孙果宋;

N掺杂TiO_2纳米管阵列的制备与性质研究    马莹;董林;曹国喜;田勇涛;贾晓林;

两端通透TiO_2纳米管膜的制备及其应用    廖建军;潘能乾;林仕伟;

Zn离子注入增强二氧化钛纳米管光电效应    梁宏;廖斌;吴先映;马芙蓉;张旭;刘安东;

热处理对TiO2纳米管结构和成骨活性的影响    于卫强;张益琳;张富强;蒋欣泉;

电压条件对快速组装TiO_2纳米管阵列速率的影响研究    王岩;吴玉程;秦永强;崔接武;郑红梅;洪雨;王庆平;

二氧化钛研究在国内取得新进展    宋常田

电解液产能世界第一 江苏国泰核心材料十月中试    本报记者 刘照普

电解液在锂电池发展中扮演重要角色    深圳新宙邦科技股份有限公司锂电事业部副总经理 毛玉华

沈宏集团打造亚洲最大电解铬生产线    记者 杨峻发 通讯员 王拥军 赵卫星

当心手机变炸弹    北京工业大学教授 夏定国

免维护蓄电池维修纪实    新疆 张扬

华芳纺织 锂电业务进展低于预期    本报记者 顾鑫

超电容：原理及应用    文月

日研发燃料电池无需充电可循环    记者 钱铮

未来主导：染料敏化太阳能电池    本报记者 滕继濮

准一维纳米管的结构设计与电子结构调控    何涛

尿素辅助合成磷酸镍纳米管及其催化性能研究    武光

二氧化钛纳米管阵列复合结构的制备及外场下物性研究    杨铭杰

新型掺杂二氧化钛纳米管光催化材料的制备及其光催化性能的研究    刘海津

二氧化钛纳米管阵列环境功能化材料的制备及应用研究    刘玉堂

二氧化钛纳米管材料在环境污染物痕量分析中的应用    黄运瑞

基于二氧化钛纳米管阵列的新功能纳米材料制备与应用研究    康青

金属氧化物纳米管阵列的阳极氧化制备、表征及在能量储存与转化器件中的应用    谢科予

基于纳米有序阵列材料氧化钛及氧化锆的制备和功能化研究    方东

二氧化钛纳米管阵列的构筑及其机理和改性研究    陶金亮

具有纳米管阵列界面层的钛基柔性染料敏化太阳能电池的制备及性能    王亚齐

氧化钛纳米管阵列的制备及其光电性能与应用研究    丁浩

二氧化钛纳米管阵列在环境污染物痕量分析中的应用    吴伟

稀土氧化物纳米管制备及性能研究    庞菲

稀土氧化物纳米管阵列制备及性能研究    刘桂林

氧化钛纳米管阵列的染料敏化太阳能电池光电特性研究    龚青

复合型钛基纳米管的制备与光催化活性研究    高源

形貌可控的TiO_2纳米管阵列的制备及其太阳能电池上的应用    李自夏

氧化钛纳米管阵列的制备及形成机理研究    郭智博

氧化钛纳米管表面的蛋白吸附及其对成骨细胞行为的影响    史婕