低溫柔性染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的低溫制備

【摘要】：柔性染料敏化太陽(yáng)能電池是一種新型的太陽(yáng)能電池，由于質(zhì)量輕，易卷曲，非常適合作為一些小型移動(dòng)電子產(chǎn)品的充電電池。同時(shí)這種電池非常適合于卷對(duì)卷的工業(yè)化生產(chǎn)，是一種非常有前途的太陽(yáng)能電池類型。本文主要是利用ITO-PET制備柔性染料敏化太陽(yáng)能電池，主要目的是改善TiO_2薄膜與導(dǎo)電基底之間的結(jié)合力，以及TiO_2薄膜中顆粒與顆粒之間的結(jié)合性能。進(jìn)而改善電池的染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏性能，提高電池的光伏轉(zhuǎn)化效率。為此我們采取化學(xué)燒結(jié)法，研制無(wú)高分子化合物的水熱粘結(jié)劑，再利用鏡面反射法，提高電池的轉(zhuǎn)化效率。分別如下： （1）實(shí)驗(yàn)首先使用商業(yè)購(gòu)買的P25和粒徑200nm的TiO_2粉體，利用化學(xué)燒結(jié)法制備TiO_2漿料，最后再在ITO-PET上120℃低溫制備成光陽(yáng)極薄膜，進(jìn)而組裝成柔性染料敏化太陽(yáng)能電池。將P25與200nm TiO_2大顆粒以不同質(zhì)量比例混合在一起，分別為90:10,85：15，80:20的兩種粉體的比例制備成TiO_2薄膜.當(dāng)P25和200nm的大顆粒比例為85:15制備的薄膜的光電性能最好，電池的短路電流密度達(dá)到了7.5mAcm~(-2)，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了2.9%。但是這種方法制備的薄膜與導(dǎo)電塑料基底的結(jié)合力很差，利用ASTM（D3359）測(cè)試方法，結(jié)合力只在1B-2B之間。 （2）利用溶膠凝膠法和水熱法，制備TiO_2水熱漿料，將這種水熱漿料涂覆在導(dǎo)電玻璃基片上制備成薄膜測(cè)試SEM，這種薄膜中的TiO_2顆粒的粒徑普遍在20nm以下。然后將這種水熱漿料作為添加劑和粘結(jié)劑加入到前面所制備的TiO_2漿料中，當(dāng)P25和200nm大顆粒的比例為80:20時(shí)候制備的TiO_2薄膜光電性能最佳。研究不同氨水加入量導(dǎo)致不同pH下的漿料，對(duì)電池光電性能的影響。當(dāng)添加了2g水熱粘結(jié)劑，并且pH為4.7時(shí)候，漿料制備的TiO_2薄膜的光電性能最佳，電池的短路電流密度短路電流密度達(dá)到了短路電流密度達(dá)到了9.12mA cm~(-2)，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了4.0%，但是電池的填充因子不理想，只有0.548。通過(guò)EIS分析，我們發(fā)現(xiàn)這種電池的電荷在電解質(zhì)/染料/TiO_2薄膜三相界面處的轉(zhuǎn)移電阻是最小的。另外，這種漿料的粘度也是最大的，達(dá)到了4100mPa s~(-1)，而既沒有經(jīng)過(guò)滴加氨水化學(xué)燒結(jié)和添加水熱粘結(jié)劑的TiO_2漿料的粘度只有3300mPa s~(-1).我們分析證明TiO_2薄膜的光電性能和漿料的粘度有關(guān)聯(lián)。 （3）在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用鏡面反射法改善柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件所限，我們只能將普通鏡子代替反射層附加在電池的對(duì)電極背后作反射層面。我們制備的光陽(yáng)極的面積大小為0.5×0.5cm~2，所以我們只將對(duì)電極制備的稍微大一點(diǎn)，以盡可能多的利用斜射光，面積為0.55×0.55cm~2，然后再在對(duì)電極的背后附加對(duì)電極，組裝成電池，電池的短路電流密度達(dá)到了11.95mA cm~(-2)，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了5%，這樣的性能證明了反射層法和部分Pt對(duì)電極的成功。而未使用這兩種方法的電池的短路電流密度只有9.12mAcm~(-2)，電池的光電轉(zhuǎn)化效率只有4.0%。而只使用附加反射層法的電池的短路電流密度達(dá)到了10.40mAcm~(-2)，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了4.6%。從EIS分析也可以看出，在對(duì)電極背后附加反射層和部分Pt對(duì)電極的電池，電荷在電解質(zhì)/染料/TiO_2薄膜轉(zhuǎn)移電阻是最小的，主要是由于反射光最多的原因造成的。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 二氧化鈦 柔性 無(wú)高分子 水熱粘結(jié)劑 鏡面反射法
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 1 概論11-28
• 1.1 課題的研究背景11-12
• 1.2 柔性 DSSC 結(jié)構(gòu)和工作原理12-23
• 1.2.1 柔性 DSSC 結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理13-18
• 1.2.3 柔性 DSSC 關(guān)鍵材料18-23
• 1.3 柔性 DSSC 研究現(xiàn)狀23-26
• 1.3.1 電泳沉積法23-24
• 1.3.2 UV-O3法24
• 1.3.3 機(jī)械壓力法24-25
• 1.3.4 溶膠凝膠法與水熱法25
• 1.3.5 化學(xué)燒結(jié)法25-26
• 1.4 選題意義及研究?jī)?nèi)容26-28
• 2 實(shí)驗(yàn)部分28-38
• 2.1 材料、試劑與設(shè)備28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑28-29
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備29
• 2.2 柔性 DSSC 的制備29-32
• 2.2.1 基板的準(zhǔn)備29-30
• 2.2.2 TiO_2漿料與光陽(yáng)極的制備30
• 2.2.3 對(duì)電極30-31
• 2.2.4 光敏化劑與電解質(zhì)溶液的制備31
• 2.2.5 柔性 DSSC 組裝31-32
• 2.3 分析測(cè)試儀器32-38
• 2.3.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡32
• 2.3.2 X 射線衍射儀32-33
• 2.3.3 紫外可見分光光度計(jì)33
• 2.3.4 粘度計(jì)33-34
• 2.3.5 薄膜與基底結(jié)合力測(cè)試34
• 2.3.6 光源調(diào)試與測(cè)試條件設(shè)定34-35
• 2.3.7 I-V 曲線35-36
• 2.3.8 電化學(xué)阻抗譜（EIS）36-38
• 3 柔性 DSSC 光陽(yáng)極薄膜的低溫制備38-59
• 3.1 化學(xué)燒結(jié)法 TiO_2光陽(yáng)極38-41
• 3.1.1 制備工藝38-39
• 3.1.2 TiO_2薄膜的結(jié)合力39
• 3.1.3 TiO_2薄膜的 SEM39-40
• 3.1.4 DSSCs 的 I-V 曲線40-41
• 3.2 水熱粘結(jié)劑41-44
• 3.2.1 制備工藝41-42
• 3.2.2 水熱漿料的 SEM42-44
• 3.3 化學(xué)燒結(jié) TiO_2漿料44-58
• 3.3.1 TiO_2薄膜的機(jī)械性能46-48
• 3.3.2 TiO_2漿料 pH 值與粘度的關(guān)系48-51
• 3.3.3 TiO_2薄膜形貌51-54
• 3.3.4 光電性能54-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 4 鏡面反射層在高效柔性 DSSC 中的應(yīng)用59-68
• 4.1 前言59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程59-61
• 4.2.1 對(duì)電極制備工藝59-60
• 4.2.2 DSSCs 的制備和組裝60-61
• 4.3 光電性能測(cè)試61-67
• 4.3.1 電池的 I-V 曲線61-64
• 4.3.2 電化學(xué)阻抗譜64-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 5 全文總結(jié)68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 附錄 1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄77

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