染料敏化TiO_2太陽能電池光陽極的制備及性能研究

【摘要】：自從1991年Gratzel首次提出染料敏化納米多孔薄膜太陽能電池（簡稱DSSC）以來，經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，染料敏化電池研究有了很大的進(jìn)步。在當(dāng)今能源為主導(dǎo)的時(shí)代，染料敏化太陽能電池作為新興的能源研究得到了廣泛的重視。染料敏化太陽能電池作為新一代的太陽能電池有著不同于傳統(tǒng)太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)，其制作成本低、制作工藝簡單、對環(huán)境無污染。不僅如此，染料敏化太陽能電池還有較高的理論光電轉(zhuǎn)換率，應(yīng)用前景廣泛。在染料敏化太陽能電池中，納米多孔薄膜是整個(gè)電池的核心，其直接決定了光電子的產(chǎn)生和傳輸，從而影響光電效率。本文以納米TiO_2多孔薄膜光陽極為研究重點(diǎn)，系統(tǒng)地研究了光陽極的制備工藝并對其進(jìn)行了摻雜改性。 首先通過對薄膜吸附性能的考察，研究了制備TiO_2多孔薄膜光陽極的工藝，在此研究過程中采用了染料解吸法評估染料吸附量，并通過對正交數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析研究確定最佳工藝，即TiO_2薄膜電極的燒結(jié)條件為：以2℃/min速率升溫至450℃，燒結(jié)50min后，隨爐冷卻。浸泡條件為：薄膜電極冷卻至60℃時(shí)放入濃度為5×10~(-4)mol/L的N719染料中浸泡12h，在最佳的燒結(jié)條件和染料浸泡條件下，用此光陽極組裝的電池具有最佳的性能。 其次用TiCl4溶液對TiO_2多孔薄膜光陽極進(jìn)行改性處理，研究發(fā)現(xiàn)TiCl4處理能明顯提高DSSC電池性能，其中TiCl4處理溶液濃度為0.05mol/L，浸泡0.5h時(shí)效果最佳，并且玻璃基底和TiO_2薄膜都處理的電池光電轉(zhuǎn)換效率較沒有處理的基礎(chǔ)上提高了47%，達(dá)到了4.17%。 另外，本文還對TiO_2多孔薄膜光陽極進(jìn)行了ZnO摻雜改性研究。首先研究了不同乙酸鋅溶液浸泡濃度對TiO_2薄膜電極的性能影響，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)乙酸鋅溶液濃度為0.3mol/L時(shí)，制備出的電池性能最好；其次，還對不同復(fù)合漿料制備的電池進(jìn)行了性能研究比較，實(shí)驗(yàn)采用三種漿料：TiO_2漿料，C_4H_6O_4Zn·2H2O-TiO_2復(fù)合漿料，ZnO-TiO_2復(fù)合漿料，其中C_4H_6O_4Zn·2H2O-TiO_2復(fù)合漿料制備的DSSC效率最高達(dá)到了3.90%，比純TiO_2漿料提高了24%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化 太能電池 納米TiO_2 多孔薄膜 光陽極
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 DSSC 電池的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理8-10
• 1.2.1 結(jié)構(gòu)8-9
• 1.2.2 工作原理9-10
• 1.3 影響 DSSC 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的主要因素10-14
• 1.3.1 TiO_2納米多孔膜10-11
• 1.3.2 染料敏化劑11-13
• 1.3.3 電解質(zhì)13
• 1.3.4 對電極13-14
• 1.4 DSSC 光電轉(zhuǎn)化率的優(yōu)化14-15
• 1.4.1 電解液組分的調(diào)整14
• 1.4.2 可移動的電解液離子14
• 1.4.3 TiO_2表面的鈍化14-15
• 1.4.4 注入電子傳輸?shù)摹岸ㄏ蛲ǖ馈?/span>15
• 1.5 DSSC 性能參數(shù)15-17
• 1.5.1 短路電流密度 Jsc16
• 1.5.2 開路電壓 Voc16
• 1.5.3 填充因子ff16-17
• 1.5.4 電池光電轉(zhuǎn)換效率η17
• 1.6 國內(nèi)外 DSSC 研究現(xiàn)狀17-20
• 1.6.1 目前常用制備方法17
• 1.6.2 太陽能電池效率現(xiàn)狀17-20
• 1.7 本文研究內(nèi)容20-21
• 2 DSSC 制備工藝研究21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑、設(shè)備與儀器21-23
• 2.2.2 DSSC 制備工藝23-26
• 2.2.3 正交試驗(yàn)26-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析28-33
• 2.3.1 染料吸附性能分析28-32
• 2.3.2 電池性能測試分析32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 TiCl_4溶液對 DSSC 性能優(yōu)化研究34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 TiCl_4溶液優(yōu)化原理34-35
• 3.2.1 TiCl_4溶液預(yù)處理 FTO 導(dǎo)電玻璃35
• 3.2.2 TiCl_4溶液優(yōu)化處理 TiO_2多孔薄膜35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)過程35-37
• 3.4 TiCl_4優(yōu)化處理樣品表征37
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析37-43
• 3.5.1 TiCl_4溶液預(yù)處理 FTO 導(dǎo)電玻璃研究37-39
• 3.5.2 TiCl_4溶液優(yōu)化處理 TiO_2多孔薄膜研究39-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 4 ZnO 對 DSSC 調(diào)制改性研究45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46-48
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備46
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程46-48
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析48-55
• 4.3.1 TiO_2/ZnO 雙層膜光陽極的性能研究48-51
• 4.3.2 ZnO-TiO_2復(fù)合薄膜光陽極的性能研究51-54
• 4.3.3 ZnO 對 DSSC 性能的影響研究54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 5 結(jié)論、待解決的問題以及今后的研究重點(diǎn)56-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)論文及科研成果60-61
• 致謝61-62

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