太阳能电池电极材料制备及其性能研究

【摘要】： 纳米晶TiO2多孔薄膜电极和掺铝氧化锌(ZAO)薄膜电极是由两种优良的半导体材料TiO2和ZnO制备的,对二者的研究也得到广泛的开展,它们各方面性能都比较优越,已经作为电极材料被应用于太阳能电池。同多酸(IPA)和杂多酸(HPA)具有良好的氧化还原性能,将其用作催化剂已形成催化化学中的一个新兴领域。杂多酸根是带有高负电荷的大阴离子,作为对离子可很容易地掺杂到导电聚合物膜中,从而赋予该聚合物膜一些特定的功能,也具有太阳能电池所要求的部分电极材料性能指标,是一种潜在的太阳能电池电极材料。 本论文采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在普通或导电玻璃基底上制备了纳米晶TiO2多孔薄膜电极和ZAO透明导电薄膜电极,采用电化学方法在不锈钢基底上制备了多酸(磷钨酸)薄膜电极,并对其制备工艺条件进行了对比性研究。利用差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计(Spectrophotometer)和四探针测试仪(Four-point Probe Method)对薄膜的结构和光电特性进行了研究。 通过对溶胶-凝胶方法制备纳米晶TiO2薄膜电极和ZAO透明导电薄膜电极的工艺参数优化研究和所制备电极性能的分析,制备纳米晶TiO2薄膜电极材料的最佳条件:溶胶浓度0.5mol/L,镀膜层数8层,退火温度为550～600℃,并且升温速率应控制在2℃/min;制备ZAO薄膜的最佳工艺条件为:溶胶浓度0.75mol/L、掺杂量1.5atm%,镀膜层数10层(厚度约136nm)、退火温度600℃。 将多酸薄膜用作太阳能电池电极材料是一个新的研究课题,对它的研究才刚刚起步。通过对电化学方法制备多酸薄膜电极的工艺参数优化研究和所制备电极性能的分析,确定了电化学反应制备多酸薄膜电极材料的最佳工艺条件为:多酸溶液浓度5×10-3mol/L、吡咯溶液浓度5×10-2mol/L、反应电压1.0V、反应时间60min。而要将多酸薄膜作为太阳能电池电极材料更好地应用到太阳能电池中,其结构和光电性能等还有待于今后进一步的研究。 【关键词】：溶胶-凝胶法 电化学方法 纳米晶TiO_2薄膜电极 ZAO薄膜电极 多酸薄膜电极
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 绪论8-29
• 一、课题的研究背景8-9
• 二、新能源与可再生能源9-10
• 三、太阳能电池10-15
• 1 太阳能资源10-11
• 2 太阳能电池11-15
• 四、太阳能电池电极材料的研究进展15-27
• 1 纳米晶二氧化钛薄膜电极——染料敏化太阳能电池电极16-22
• 2 掺铝氧化锌（ZnO：Al，ZAO）薄膜电极22-25
• 3 多酸薄膜电极25-27
• 五、课题研究的主要内容、目的及意义27-29
• 第一章 纳米晶TiO_2薄膜电极制备与性能研究29-42
• 1.1 纳米晶TiO_2 薄膜的制备29-33
• 1.1.1 溶胶-凝胶法的基本原理29-30
• 1.1.2 纳米晶TiO_2 薄膜电极制备过程的化学反应机理30
• 1.1.3 纳米晶TiO_2 薄膜电极的制备工艺过程30-33
• 1.2 纳米晶TiO_2 薄膜电极的性能研究33-41
• 1.2.1 TiO_2干凝胶差热-热重分析33-35
• 1.2.2 纳米晶TiO_2薄膜电极的表面形貌特征与结构分析35-39
• 1.2.3 纳米晶TiO_2薄膜电极的光学性能39-41
• 本章小结41-42
• 第二章 掺铝氧化锌（ZAO）薄膜电极的制备与性能研究42-57
• 2.1 ZAO 薄膜电极的制备42-45
• 2.1.1 ZnO 薄膜电极制备过程的化学反应机理42-43
• 2.1.2 ZnO 薄膜电极制备工艺过程43-45
• 2.2 ZAO 薄膜电极的性能研究45-56
• 2.2.1 ZAO 干凝胶差热－热重分析结果与讨论45-46
• 2.2.2 ZAO 薄膜电极的表面形貌特征与结构分析46-49
• 2.2.3 ZAO 薄膜电极的X 射线衍射检测49-51
• 2.2.4 ZAO 薄膜电极的光学性能51-53
• 2.2.5 ZAO 薄膜电极的电学性能53-56
• 本章小结56-57
• 第三章 多酸电极的制备与性能研究57-68
• 3.1 多酸薄膜电极的制备57-60
• 3.1.1 多酸薄膜电极制备主要原料及其化学性质57-59
• 3.1.2 多酸薄膜电极的制备工艺过程59-60
• 3.2 多酸薄膜电极的性能研究60-67
• 3.2.1 多酸薄膜电极的循环伏安特性研究60-62
• 3.2.2 多酸薄膜电极的表面形貌特征与结构分析62-65
• 3.2.3 多酸薄膜电极的电学性能65-67
• 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73-74

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