染料敏化太陽能電池電極材料的性能研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池因其低廉的制作成本，簡單的工藝以及穩(wěn)定的性質(zhì)，逐漸成為人們重視的一種新型太陽能電池。作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分，光陽極與對電極性能的好壞對于電池效率會產(chǎn)生重要影響，成為太陽能研究方向的一個熱點。本文主要對光陽極和對電極開展相應的研究工作。 1.研究了TiO_2薄膜光陽極制備工藝及對轉(zhuǎn)換效率的影響。采用多種制備方法研制了TiO_2薄膜光陽極，并對影響光電轉(zhuǎn)換效率的因素如成分組成、薄膜厚度、退火溫度等進行了探索。研究結(jié)果表明：采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備TiO_2薄膜電極能夠控制薄膜的厚度、均勻度，制備的TiO_2薄膜形貌較好；在薄膜中加入分散劑能夠有效阻止TiO_2團聚的發(fā)生，提高薄膜的透明度以及染料吸附性，光電轉(zhuǎn)換效率提高到1.6%；通過優(yōu)化薄膜厚度，轉(zhuǎn)換效率達到2.6%。 2.探索了CNT摻雜對光陽極性能的影響。通過SEM、EDS以及光電性能測試，分析CNT的摻雜對電池光電效率的影響。實驗結(jié)果表明：當CNT的添加量為0.4wt%，光電轉(zhuǎn)換效率能夠達到2.56%；對CNT進行酸性處理，能夠提高它與TiO_2的結(jié)合能力，使得光電轉(zhuǎn)換效率從2.56%提升到2.84%。這一結(jié)果證明了添加分散均勻的適量CNT，能夠提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 3.研究了不同對電極材料和制備工藝對電池性能的影響。分別探討了采用碳黑、CNT以及鉑等材料對電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響。研究結(jié)果表明：采用碳黑作為對電極，組裝的電池效率很低，光電壓、光電流分別只有0.51V和2.1mA，而采用CNT作為對電極，光電壓、光電流分別提高到0.69V和5.8mA，填充因子在0.47，轉(zhuǎn)換效率達到1.88%，相比成本高昂的Pt對電極，純度不高的CNT對電極能夠有效降低對電極的成本。 最后將摻雜CNT的光陽極與CNT對電極進行組裝測試，測得電池的光電流與光電壓分別為0.72V和8.1mA，填充因子為0.51，光電轉(zhuǎn)換效率為2.98%，相比沒有摻雜CNT的電池，轉(zhuǎn)換效率提高了10%。通過在兩電極間引入碳納米管，能夠提高電池轉(zhuǎn)換效率，這提出了電極制備新的研究方向。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 絲網(wǎng)印刷 碳納米管 光陽極
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11
• 1.2 染料敏化太陽能電池的研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 光陽極13-16
• 1.2.2 染料敏化劑16-18
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池對電極的研究18-19
• 1.2.4 碳材料在 DSSC 中的應用研究現(xiàn)狀19
• 1.3 本論文的主要工作19-21
• 第二章 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)、機理21-27
• 2.1 引言21
• 2.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)與機理21-26
• 2.2.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 染料敏化電池基本原理22-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 染料敏化太陽能電池的組裝方案設(shè)計27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 組裝工藝流程27-31
• 3.2.1 導電玻璃 FTO 的準備28
• 3.2.2 納米晶 TiO_2漿料的制備28
• 3.2.3 電解液的配制28-29
• 3.2.4 對電極的制備29
• 3.2.5 Surlyn 塑料薄膜框的制作29-30
• 3.2.6 絲網(wǎng)印刷法制備 TiO_2薄膜30
• 3.2.7 染料的浸染30-31
• 3.2.8 電池的組裝31
• 3.3 DSSC 性能測試31-34
• 3.4 本章小結(jié)34-36
• 第四章 光陽極的制備與性能研究36-58
• 4.1 引言36
• 4.2 TiO_2薄膜的性質(zhì)36-37
• 4.3 主要試劑與儀器37-38
• 4.4 TiO_2納米晶多孔薄膜的制備38-41
• 4.4.1 導電玻璃基底的處理38-39
• 4.4.2 TiO_2漿料配制39
• 4.4.3 電極的涂覆39-41
• 4.4.4 TiO_2薄膜高溫退火處理41
• 4.5 納米晶 TiO_2薄膜電極性質(zhì)以及形貌表征41-51
• 4.5.1 涂覆方法對 TiO_2形貌的影響41-43
• 4.5.2 TiO_2漿料成分對 DSSC 性能的影響43-47
• 4.5.3 升溫速率對 TiO_2形貌的影響47-50
• 4.5.4 二氧化鈦膜厚對光電流產(chǎn)生的影響50-51
• 4.6 光陽極的修飾51-56
• 4.6.1 碳納米管的介紹51-52
• 4.6.2 碳納米管的制備52-53
• 4.6.3 CNT/ TiO_2電極的制備53-55
• 4.6.4 酸性處理對電池性能的影響55-56
• 4.7 本章小結(jié)56-58
• 第五章 對電極的制備與性能研究58-69
• 5.1 引言58
• 5.2 對電極的制備58-61
• 5.2.1 Pt 對電極的制備58-59
• 5.2.2 碳黑對電極的制備59
• 5.2.3 碳納米管對電極的制備59-61
• 5.3 對電極性能測試結(jié)果對比分析61-67
• 5.3.1 對電極的電阻測試61-62
• 5.3.2 噴涂時間對 CNT 表面形貌的影響62-63
• 5.3.3 分散劑對 CNT 對電極表面形貌的影響63-67
• 5.3.4 新型對電極電池的性能測試67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 第六章 結(jié)論69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-78
• 攻碩期間取得的研究成果78-79

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