ALD沉積氧化鋁薄膜在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用研究

【摘要】：1991年，Gr tzel等人首次將納米晶多孔氧化物薄膜引入染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs），并將其轉(zhuǎn)化效率提高到7%，由此揭開了染料敏化太陽能電池的發(fā)展序幕。由于在DSSCs生產(chǎn)過程中沒有高真空高能耗環(huán)節(jié)、光陽極原材料易得、制作工藝簡單和較低的后期維護(hù)成本，使得染料敏化太陽能電池制造成本比傳統(tǒng)硅基太陽能電池要低得多。因此，在過去的二十年中，染料敏化太陽能電池在世界范圍內(nèi)得到廣泛研究，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)太陽能大規(guī)模利用的主要候選者之一。 但是在目前實(shí)際利用中，染料敏化太陽能電池還存在不少問題亟待解決，如二氧化鈦的電子遷移速率較低、液態(tài)電解質(zhì)易泄漏穩(wěn)定性差等。因此，本文分別制備了以二氧化錫為光陽極材料的液態(tài)染料敏化太陽能電池和以PEO為基材的聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)電池，并通過陽極表面處理獲得了效率的提高。 首先，我們使用原子層沉積技術(shù)在二氧化錫顆粒上包覆超薄氧化鋁，研究了氧化鋁包覆對染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響。研究表明，氧化鋁可以在二氧化錫/染料/電解質(zhì)界面形成勢壘層，阻止電子的逆向復(fù)合。同時，由于氧化鋁具有較高的等電點(diǎn)，提高了染料的吸附量從而提高電池效率。通過染料吸附量的變化，提出了氧化鋁在多孔氧化錫基底上的三步沉積模型。并進(jìn)一步研究了染料吸附后沉積氧化鋁的作用。 其次，我們成功的將ALD技術(shù)應(yīng)用于固態(tài)電池體系中，并與四氯化鈦水解法相結(jié)合制備氧化鈦-氧化鋁雙層氧化物包覆結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明雙層結(jié)構(gòu)可以更有效的抑制電子的復(fù)合并且提高了顆粒的連通性，從而提高了固態(tài)染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 二氧化錫 沉積模型 固態(tài)電解質(zhì) 雙層包覆
【學(xué)位授予單位】：北京印刷學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-35
• 1.1 新能源的機(jī)遇與挑戰(zhàn)10-13
• 1.2 染料敏化太陽能電池機(jī)理13-17
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)和原理13-15
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池性能參數(shù)15-17
• 1.3 染料敏化太陽能電池研究進(jìn)展及發(fā)展前景17-25
• 1.3.1 多孔納米半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展18-20
• 1.3.2 染料光敏化劑研究進(jìn)展20-22
• 1.3.3 電解質(zhì)研究進(jìn)展22-25
• 1.3.4 對電極材料研究進(jìn)展25
• 1.4 原子層沉積技術(shù)簡介25-30
• 1.4.1 ALD 原理和特點(diǎn)25-28
• 1.4.2 ALD 應(yīng)用方向28-29
• 1.4.3 ALD 在染料敏化電池中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向29-30
• 1.5 課題的目的、意義及研究內(nèi)容30-32
• 1.5.1 課題研究的目的及意義30-31
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容31-32
• 參考文獻(xiàn)32-35
• 第二章 染料敏化太陽能電池的制作與測試方法35-47
• 2.1. 染料敏化太陽能電池的制作35-38
• 2.1.1 FTO 導(dǎo)電玻璃的處理35
• 2.1.2 納米半導(dǎo)體多孔膜的制備35-36
• 2.1.3 染料及其浸泡36-37
• 2.1.4 對電極材料和制備37
• 2.1.5 電解質(zhì)材料和制備37
• 2.1.6 電池組裝37-38
• 2.2 染料敏化太陽能電池特性和測試方法38-43
• 2.2.1 輸出特性（I-V）測試38-39
• 2.2.2 界面電阻特性和測試39-40
• 2.2.3 染料吸附量測試40
• 2.2.4 薄膜電極的表征方法和手段40-43
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑43-46
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)試劑43-45
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備45-46
• 參考文獻(xiàn)46-47
• 第三章 原子層沉積氧化鋁對氧化錫基液態(tài)染料敏化太陽能電池性能的影響47-70
• 3.1 前言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-50
• 3.2.1 氧化錫光陽極的制備48-49
• 3.2.2 原子層沉積氧化鋁的工藝流程49-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-67
• 3.3.1 原子層沉積氧化鋁對 I-V 特性的影響50-56
• 3.3.2 沉積參數(shù)對電池性能的影響56-63
• 3.3.3 ALD 沉積氧化鋁提高電池性能的作用機(jī)理63-65
• 3.3.4 SnO_2吸附染料后沉積氧化鋁對電池性能的影響65-67
• 3.4 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 第四章 固態(tài)染料敏化太陽能電池制備和性能70-90
• 4.1 前言70-71
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分71-72
• 4.2.1 光陽極制備71
• 4.2.2 固態(tài)電解質(zhì)的特點(diǎn)和制備71
• 4.2.4 四氯化鈦處理71-72
• 4.2.5 原子層沉積氧化鋁72
• 4.3 結(jié)果與討論72-88
• 4.3.1 添加劑對固態(tài)染料敏化太陽能電池的影響72-79
• 4.3.2 光陽極厚度對固態(tài)染料敏化太陽能電池的影響79-81
• 4.3.3 氧化鈦?zhàn)钃鯇咏Y(jié)構(gòu)對電池性能影響81-85
• 4.3.4 光陽極改性對固態(tài)染料敏化太陽能電池性能影響85-87
• 4.3.5 氧化鈦表面雙層氧化物薄膜改性作用機(jī)理87-88
• 4.4 本章小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)89-90
• 第五章 結(jié)論及展望90-92
• 5.1 本文的主要研究成果及結(jié)論90
• 5.2 本文的創(chuàng)新之處90-91
• 5.3 進(jìn)一步工作展望91-92
• 致謝92-93
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

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