染料敏化太陽能電池陽極薄膜的制備及性能研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池是一種工作原理完全有別于傳統(tǒng)硅太陽能電池的新型太陽能電池,具有高效率低成本的特點,被譽為傳統(tǒng)硅太陽能電池的的有力替代者。半導體陽極薄膜的制備技術是染料敏化太陽能電池的核心之一,其質量直接決定染料敏化太陽能電池的性能。因此研究制備具有高光電性能的半導體陽極薄膜具有重要的應用價值和理論意義。 本文針對染料敏化太陽能電池陽極薄膜制備及結構上存在的問題,采用聚合誘導相分離方法制備了具有“旋節(jié)相分離結構”的光陽極薄膜。該光陽極薄膜的特點在于：(1)具有獨特的旋節(jié)相分離結構,使其保持較高的比表面積,有利于敏化染料的吸附；(2)由于具有連續(xù)的TiO2骨架,所以能夠減小晶界的阻礙,提高光電轉換效率；(3)聚合誘導相分離方法成本低廉、操作簡單、不受環(huán)境影響、薄膜重復率高,便于多孔電極的制備。重點研究了各種反應條件對陽極薄膜結構的影響及規(guī)律,初步建立薄膜結構與反應條件之間的關系；通過對薄膜形成過程的研究,探索形成機理,初步認為形成連續(xù)TiO2骨架結構的驅動力是在薄膜干燥形成較硬的涂層過程中的薄膜表面應力不匹配性。研究中還同時使用兩種單體制備薄膜,并獲得了兼具有旋節(jié)相分離結構和多孔結構的TiO2薄膜。熱處理溫度、時間以及薄膜的鍍膜次數(shù)對TiO2薄膜的光催化性能有重要的影響。熱處理條件為500℃熱處理10min以及鍍膜次數(shù)七次的薄膜均顯示了對亞甲基藍優(yōu)良的光催化特性。將本研究制備的TiO2薄膜用作染料敏化太陽能電池的光陽極,發(fā)現(xiàn)薄膜厚度的增加有利于比表面積增大,還可以彌補薄膜中存在的部分缺陷,促進TiO2骨架連接更緊密,最終提高了電池的光電性能。兼具有旋節(jié)相分離和多孔兩種結構的陽極薄膜中,旋節(jié)相分離結構提高了電子的傳輸效率,多孔結構提高了薄膜對染料的吸附,故而有效地提高了電池的光電性能。 【關鍵詞】：染料敏化太陽能電池 TiO_2薄膜 光聚合誘導相分離 旋節(jié)相分離結構
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 染料敏化太陽能電池及其發(fā)展概況12-19
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的結構12
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的工作原理12-13
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池的性能參數(shù)13-15
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池各部分的發(fā)展現(xiàn)狀15-19
• 1.3 染料敏化太陽能電池陽極薄膜的制備19-22
• 1.3.1 溶膠凝膠法19-20
• 1.3.2 電化學沉積法20-21
• 1.3.3 水熱法21
• 1.3.4 模板法21-22
• 1.3.5 聚合誘導相分離法22
• 1.4 選題的依據(jù)及意義22-23
• 1.4.1 當前多孔納米晶TiO_2薄膜研究存在的問題22-23
• 1.4.2 實驗設計及方案23
• 1.4.3 研究意義23
• 1.5 本論文的主要研究內容23-25
• 第2章 旋節(jié)相分離結構TiO_2薄膜的制備及表征25-33
• 2.1 實驗部分25-27
• 2.1.1 實驗藥品25
• 2.1.2 實驗儀器25-26
• 2.1.3 實驗過程26-27
• 2.1.4 表征儀器27
• 2.2 結果與討論27-32
• 2.2.1 電鏡分析27-28
• 2.2.2 熱重分析28-29
• 2.2.3 X射線衍射分析29
• 2.2.4 傅立葉變換紅外光譜分析29-30
• 2.2.5 紫外-可見光譜分析30-32
• 2.3 本章小結32-33
• 第3章 具有旋節(jié)相分離結構TiO_2薄膜微結構調控及形成機理33-53
• 3.1 溶膠配比對TiO_2薄膜微結構的影響33-45
• 3.1.1 水用量的影響34-36
• 3.1.2 HNO_3用量的影響36-38
• 3.1.3 DMF用量的影響38-40
• 3.1.4 AM用量的影響40-41
• 3.1.5 PVP用量的影響41-43
• 3.1.6 EtOH用量的影響43-45
• 3.2 鍍膜層數(shù)對旋節(jié)相分離TiO_2薄膜微結構的影響45-47
• 3.3 單體種類對旋節(jié)相分離TiO_2薄膜微結構的影響47-51
• 3.3.1 共同使用AM與POGTA作反應單體47-48
• 3.3.2 共同使用AM與PETA作反應單體48-49
• 3.3.3 雙光單體雙層薄膜制備49-51
• 3.4 具有旋節(jié)相分離結構TiO_2薄膜的形成機制51
• 3.5 本章小結51-53
• 第4章 具有旋節(jié)相分離結構TiO_2薄膜的光催化性能研究53-64
• 4.1 光催化實驗53-54
• 4.1.1 實驗藥品與器材53
• 4.1.2 實驗方法與裝置53-54
• 4.1.3 表征儀器54
• 4.2 薄膜光催化性能的影響因素54-62
• 4.2.1 熱處理溫度對薄膜光催化性能的影響54-59
• 4.2.2 鍍膜層數(shù)對薄膜光催化性能的影響59-61
• 4.2.3 不同種類光單體溶膠對薄膜光催化性能的影響61-62
• 4.4 本章小結62-64
• 第5章 染料敏化太陽能電池的組裝及性能研究64-72
• 5.1 染料敏化太陽能電池光陽極薄膜制備64-65
• 5.2 染料敏化太陽能電池的組裝及性能測試65-66
• 5.2.1 實驗藥品與器材65-66
• 5.2.2 實驗方法與裝置66
• 5.2.3 表征儀器66
• 5.4 染料敏化太陽能電池的光電性能66-70
• 5.4.1 采用L1-L7薄膜作為光陽極組裝電池的光電性能66-68
• 5.4.2 采用L6-1薄膜和L7-1薄膜作為光陽極組裝電池的光電性能68-69
• 5.4.3 采用B1和L1-1薄膜作為光陽極組裝電池的光電性能69-70
• 5.5 本章小結70-72
• 第6章 結論與展望72-74
• 6.1 結論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻74-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果82-83
• 致謝83

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