染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極及其優(yōu)化研究

【摘要】：由于硅太陽(yáng)能電池的高成本、操作復(fù)雜，因此必須研制一種可替代它的新型太陽(yáng)能電池。染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)以其低成本、無(wú)毒、操作簡(jiǎn)單以及高光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)得到迅速發(fā)展，有望代替硅太陽(yáng)能電池而成為未來(lái)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)中的主導(dǎo)。本論文著重研究了DSSCs的制備工藝和基于SiO_2/TiO_2復(fù)合薄膜的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電性能，并對(duì)該復(fù)合薄膜進(jìn)行了TiCl_4表面處理和優(yōu)化： (1)基于商業(yè)P25的染料敏化電池制備工藝的優(yōu)化 通過(guò)傳統(tǒng)工藝制備了基于商業(yè)P25粉末的納米TiO_2漿料，并將其絲網(wǎng)印刷至FTO導(dǎo)電玻璃上。經(jīng)過(guò)高溫焙燒、染料敏化后，得到多孔納米晶TiO_2薄膜。通過(guò)XRD、SEM、紫外-可見(jiàn)吸收光譜以及電池的J-V曲線測(cè)試分析，研究了薄膜厚度、焙燒溫度、焙燒曲線和敏化時(shí)間對(duì)光陽(yáng)極薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和電池光電特性的影響。 (2)基于SiO_2/TiO_2復(fù)合薄膜的染料敏化太陽(yáng)能電池的研究 通過(guò)將納米SiO_2分散到P25中，制備出七種摻雜比的SiO_2/TiO_2復(fù)合漿料，并采用絲網(wǎng)印刷法印刷在FTO導(dǎo)電玻璃上制備光陽(yáng)極，再組裝成染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)XRD、Roman、SEM、TEM、FT-IR、孔隙分布和紫外-可見(jiàn)吸收光譜測(cè)試分析，研究納米SiO_2的摻入及摻雜量對(duì)光陽(yáng)極薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和DSSCs光電性能的影響。結(jié)果表明：SiO_2/TiO_2復(fù)合薄膜中顆粒分布均勻，且復(fù)合薄膜與FTO導(dǎo)電玻璃的粘合性增強(qiáng)；當(dāng)SiO_2與P25的質(zhì)量摻雜比為7.5%時(shí)，DSSCs的轉(zhuǎn)換效率最高(η=8.4%)，電池的Jsc為18.72mA/cm2，Voc為0.78V，F(xiàn)F為57.39%，比純納米晶TiO_2電池的效率提高了45%。 (3)TiCl_4溶液處理SiO_2/TiO_2復(fù)合薄膜的研究 先配置七種不同濃度的TiCl_4溶液，然后再用這六種TiCl_4溶液對(duì)SiO_2/TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極進(jìn)行TiCl_4后處理。通過(guò)SEM、氮?dú)馕?脫附曲線、紫外-可見(jiàn)吸收光譜和電池的IPCE、J-V曲線測(cè)試，研究TiCl_4水溶液的濃度對(duì)光陽(yáng)極復(fù)合薄膜的形貌和電池的光電性能的影響。得出結(jié)論：TiCl_4水解生成的納米TiO_2小顆粒減小了孔容和孔隙率，增大了薄膜中納米顆粒的晶粒尺寸；當(dāng)TiCl_4水溶液的濃度為75mM時(shí)獲得了最高的電池轉(zhuǎn)換效率，較未處理的電池效率提高了105%，Voc和FF波動(dòng)不大。 【關(guān)鍵詞】：二氧化硅 四氯化鈦 二氧化鈦 染料敏化太陽(yáng)能電池 復(fù)合薄膜
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 致謝9-12
• 插圖清單12-13
• 表清單13-14
• 第一章 綜述14-27
• 1.1 引言14-16
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池16-21
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展簡(jiǎn)史16-17
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理17-20
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)20-21
• 1.3 染料敏化電池的研究進(jìn)展21-25
• 1.3.1 多孔納米半導(dǎo)體薄膜21-24
• 1.3.2 染料敏化劑24-25
• 1.3.3 電解質(zhì)25
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容25-27
• 第二章 基于商業(yè) P25 粉末的染料敏化電池制備工藝研究27-37
• 2.1 引言27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分27-30
• 2.2.1 試劑與設(shè)備27
• 2.2.2 TiCl_4水溶液的配置27-28
• 2.2.3 FTO 導(dǎo)電基底的清洗28
• 2.2.4 N719 敏化劑的配制28
• 2.2.5 電解質(zhì)的配置28
• 2.2.6 DSSCs 的制備工藝28-30
• 2.2.6.1 納米 TiO_2漿料的制備29
• 2.2.6.2 FTO 導(dǎo)電玻璃的 TiCl_4前處理29
• 2.2.6.3 絲網(wǎng)印刷 TiO_2漿料29-30
• 2.2.6.4 多孔 TiO_2薄膜的敏化30
• 2.2.6.5 鉑對(duì)電極的制備30
• 2.2.6.6 染料敏化電池的封裝30
• 2.3 結(jié)果與討論30-36
• 2.3.1 膜厚對(duì)電池的影響30-31
• 2.3.2 焙燒工藝的優(yōu)化研究31-34
• 2.3.2.1 焙燒溫度的優(yōu)化研究31-32
• 2.3.2.2 焙燒曲線對(duì)光陽(yáng)極薄膜的影響32-34
• 2.3.3 薄膜敏化時(shí)間的優(yōu)化34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 SiO_2/TiO_2復(fù)合材料的制備、表征及其在 DSSCs 中的應(yīng)用37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分37-38
• 3.2.1 試劑與設(shè)備37
• 3.2.2 TiCl_4水溶液的配置37
• 3.2.3 TiO_2/SiO_2復(fù)合漿料的制備37-38
• 3.2.4 染料敏化電池光陽(yáng)極的制備及表征38
• 3.2.5 染料敏化電池的組裝38
• 3.3 測(cè)試結(jié)果與討論38-45
• 3.3.1 SiO_2/ TiO_2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性38-40
• 3.3.2 SiO_2/ TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極的形貌分析40-41
• 3.3.3 SiO_2/ TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極的比表面積和孔隙的分析41-42
• 3.3.4 SiO_2/ TiO_2復(fù)合光陽(yáng)極的染料吸附量變化42-43
• 3.3.5 納米 SiO_2摻雜量對(duì)電池光電特性的影響43-44
• 3.3.6 SiO_2在電池中的作用44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 基于 SiO_2/TiO_2復(fù)合材料的 DSSCs 的表面優(yōu)化46-53
• 4.1 引言46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46-47
• 4.2.1 試劑與設(shè)備46
• 4.2.2 TiCl_4水溶液的配置46
• 4.2.3 光陽(yáng)極的制備46-47
• 4.2.4 DSSCs 電池的封裝47
• 4.3 測(cè)試結(jié)果與討論47-51
• 4.3.1 TiCl_4處理后復(fù)合薄膜的形貌分析47-49
• 4.3.2 TiCl_4后處理對(duì)電池光電特性的影響49-51
• 4.3.3 TiCl_4前處理的意義51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第五章 結(jié)論與展望53-54
• 5.1 全文總結(jié)53
• 5.2 展望53-54
• 參考文獻(xiàn)54-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文61-63

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