染料敏化太阳能电池的研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型光电化学太阳能电池,它具有生产成本低、制作工艺简单、原材料来源丰富以及环境友好等优点,成为新能源发展领域中的研究重点。目前,DSSC正向多元化方向发展,采用具有直线电子传输能力的一维半导体纳米材料作为DSSC光阳极成为研究的热点;另外制备大面板及柔性可弯曲电池也是DSSC当前发展的主要趋势。综上,本论文对基于TiO_2纳米管DSSC、柔性DSSC以及大面板DSSC三个方面进行了研究。 (1)采用较高粘度的有机溶液作为阳极氧化电解质溶剂制备TiO_2纳米管阵列。通过探讨阳极氧化工艺参数对纳米管形貌的影响,研究出高长径比TiO_2纳米管阵列的制备工艺;同时对TiO_2纳米管作为DSSC光阳极的光电性能进行测试,并讨论TiO_2纳米管的形貌对电池性能的影响。结果表明:提高氧化电压和时间有利于获得高长径比纳米管,在含0.5 wt%NH4F的乙二醇电解质中50 V氧化17 h可制备出长径比为313.4的TiO_2纳米管阵列;在含0.5 wt%NH4F的乙二醇电解质中40 V氧化13 h制备得到的TiO_2纳米管经Ti(OBu)4处理后可得到0.659 V的开路电压、6.98 mA/cm~2的短路电流,光电转化效率达到2.43%。 (2)采用TiO_2纳米管添加法、溶胶凝胶法及反应烧结法在低温条件下制备纳米晶TiO_2薄膜电极,对TiO_2薄膜电极的表面质量以及薄膜与基底的结合强度进行研究,并对不同低温方法制备的DSSC的光电性能进行测试和对比。结果表明:向TiO_2纳米颗粒薄膜中添加TiO_2纳米管可增加薄膜以及薄膜与基底的结合强度,DSSC的光电性能随着TiO_2纳米管含量的增加而提高,含20 wt%TiO_2纳米管的DSSC经Ti(OBu)_4处理后可获得0.724 V的开路电压和4.15 mA/cm~2的短路电流;溶胶凝胶法在ITO玻璃上制备的DSSC的开路电压为0.634 V,短路电流为2.35 mA/cm~2,在导电高分子基底ITO/PET上制备的DSSC的开路电压和短路电流要小于ITO玻璃;反应烧结法相对于溶胶凝胶法可获得更好的TiO_2颗粒连接性,DSSC的电化学阻抗谱特征明显,DSSC的开路电压为0.682 V、短路电流为4.27 mA/cm~2。 (3)研究大面板DSSC的制备工艺,探讨DSSC面积对其光电性能的影响。采用并联结构制备尺寸为40 mm×50 mm的大面板DSSC,并对DSSC的光电性能进行测试。结果表明:随着面积的增大DSSC的短路电流和填充因子迅速减小,DSSC的伏安特征曲线逐渐变成直线;并联结构DSSC采用金属银栅电极收集电流,可减小电流在导电基底处的欧姆损耗,提高DSSC的光电性能。经TiCl_4处理后光阳极面积为6.48 cm~2的大面板DSSC可获得0.763 V的开路电压、10.83 mA/cm~2的短路电流,光电转化效率达到3.93%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2纳米管 柔性 大面板
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 概论11-29
• 1.1 染料敏化太阳能电池概况11-13
• 1.2 染料敏化太阳能电池原理13-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池结构16-24
• 1.4 基本概念24-27
• 1.5 选题意义及课题设计27-29
• 2 TiO_2纳米管制备及其光阳极应用29-51
• 2.1 前言29-30
• 2.2 实验30-32
• 2.3 结果与分析32-50
• 2.4 本章小结50-51
• 3 柔性染料敏化太阳能电池制备51-65
• 3.1 前言51-52
• 3.2 实验52-55
• 3.3 结果与分析55-64
• 3.4 本章小结64-65
• 4 大面板染料敏化太阳能电池制备65-77
• 4.1 前言65-66
• 4.2 实验66-71
• 4.3 结果与分析71-76
• 4.4 本章小结76-77
• 5 结论77-79
• 5.1 全文总结77-78
• 5.2 不足与展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-85

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