染料敏化太阳能电池结构优化研究

【摘要】：1991年,瑞士科学家Gr?tzel研制成功了一种新型的染料敏化太阳能电池(DSSC),因其简便的制作工艺、低廉的成本以及较高的转化效率受到了世界各地科研工作者越来越多的青睐,被认为是一种极具潜力的新型能源。但染料敏化太阳能电池仍然存在很多问题,比如:由于禁带宽度较大而只能吸收紫外区的光线,因此对入射光的利用率不足;二氧化钛薄膜中存在大量表面态,延长了电子在薄膜中的传输时间。由于电极半导体与电解液之间没有过渡层,导致电子容易出现反向转移而形成暗电流。这些都严重影响了染料敏化太阳能电池的光电转化效率。针对染料敏化太阳能电池的这些缺点和问题,本文着重从改良电池的结构入手,主要的研究方向如下: (1)改进TiO_2薄膜的结构,采用溶胶凝胶法配合丝网印刷法,在导电玻璃的导电面上制备了一层底层致密,外部多孔的TiO_2薄膜。通过X射线衍射仪和原子力显微镜分析了薄膜的晶体结构和表面形貌,并通过不同结构薄膜电池的对比总结出了这种薄膜有助于优化光阳极的结构,提高电池的光电性能。 (2)通过复合其它半导体来改变TiO_2薄膜的能级结构,使之有利于电子的传输和转移,降低电子-空穴的复合概率,从而提高染料敏化太阳能电池的光电性能。本文选择了ZnO、MgO两种宽禁带半导体材料与TiO_2构成复合薄膜,并与纯TiO_2薄膜在电池性能方面进行了对比分析。 (3)在染料敏化太阳能电池工作过程中,有一部分入射光不能被染料、导电玻璃和铂催化膜吸收而直接透过电池,降低了光线的利用率。本文通过在对电极背面加装背反膜,并采取了不同尺寸孔径的遮光罩来分析探讨不同结构对电池内部光线反射以及散射的影响,总结出了改进电池结构,提高光电转化效率的新途径。 【关键词】：DSSC 光阳极结构 复合薄膜 TiO_2薄膜改性 对电极
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 主要符号表10-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 太阳能电池研究背景11-12
• 1.2 太阳能电池的分类12-14
• 1.3 染料敏化太阳能电池的发展历程及研究前景14-15
• 1.4 染料敏化太阳能电池的结构以及工作原理15-16
• 1.5 染料敏化太阳能电池的评价参数16-17
• 1.6 染料敏化太阳能电池的结构17-21
• 1.6.1 光阳极半导体氧化物薄膜17-18
• 1.6.2 染料敏化剂18-20
• 1.6.3 电解液20
• 1.6.4 对电极20-21
• 1.6.5 导电玻璃21
• 1.7 课题的提出以及研究内容21-23
• 第2章 二氧化钛薄膜结构的研究23-34
• 2.1 纳米二氧化钛的结构与性质23-24
• 2.2 实验药品及器材24-25
• 2.3 实验准备工作25
• 2.4 TiO_2 薄膜的制备25-27
• 2.4.1 致密二氧化钛薄膜的制备25-26
• 2.4.2 多孔二氧化钛薄膜的制备26-27
• 2.5 对电极的制备27-28
• 2.6 电池的组装28
• 2.7 实验结果讨论28-33
• 2.7.1 二氧化钛薄膜性能表征28-30
• 2.7.2 二氧化钛薄膜表面形貌30-31
• 2.7.3 多孔二氧化钛薄膜横断面形貌31-33
• 2.8 电池性能分析33-34
• 第3章 二氧化钛光阳极的半导体复合研究34-49
• 3.1 TiO_2/ ZnO 复合薄膜的制备与表征36-40
• 3.1.1 TiO_2/ ZnO 复合薄膜的制备方法36-37
• 3.1.2 TiO_2/ ZnO 复合薄膜吸光度分析37-38
• 3.1.3 TiO_2/ ZnO 复合薄膜表面形貌38-39
• 3.1.4 TiO_2/ ZnO 复合薄膜膜厚与横断面形貌分析39-40
• 3.2 TiO_2/MgO 复合薄膜的制备与表征40-44
• 3.2.1 TiO_2/MgO 复合薄膜的制备方法40-41
• 3.2.2 TiO_2/MgO 复合薄膜形貌分析41-43
• 3.2.3 TiO_2/MgO 复合薄膜的吸光度分析43
• 3.2.4 TiO_2/MgO 复合薄膜的横截面及膜厚分析43-44
• 3.3 复合薄膜电池性能分析44-49
• 3.3.1 TiO_2/ ZnO 复合薄膜电池性能分析44-45
• 3.3.2 TiO_2/MgO 复合薄膜电池性能分析45-47
• 3.3.3 三种电池的性能对比47-49
• 第4章 电池对电极结构的研究49-58
• 4.1 对电极的选择49-51
• 4.1.1 铂对电极49
• 4.1.2 镍对电极49
• 4.1.3 碳（石墨）对电极49-50
• 4.1.4 不同对电极对电池性能的影响50-51
• 4.2 一种新的二次利用入射光的对电极结构51-55
• 4.2.1 电池光线利用率分析52-54
• 4.2.2 背反光膜对电池性能的影响54-55
• 4.2.3 不同TiO_2 厚度对背反结构性能的影响55
• 4.3 遮光罩背反膜结构对电池性能的影响55-58
• 4.3.1 实验原理56
• 4.3.2 测试结果及分析56-58
• 结论58-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文62

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