染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極TiO_2薄膜的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池是一種新穎的光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。它制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境友好，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文概述了染料敏化太陽(yáng)能電池的研究歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其結(jié)構(gòu)、原理作了簡(jiǎn)單的介紹；研究了不同的TiO_2薄膜制備方法及其各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)性能的影響；對(duì)電池的對(duì)電極制備、封裝進(jìn)行了比較討論和改進(jìn)，嘗試性研究并組裝了大面積DSSC。 首先，利用鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇和去離子水等試劑，通過(guò)溶膠提拉法制備TiO_2薄膜。通過(guò)比較不同層數(shù)薄膜的表面形貌，得到以下結(jié)論：隨著薄膜層數(shù)的增加，TiO_2顆粒逐漸增大；比較燒結(jié)前后相同層數(shù)薄膜的TiO_2顆粒，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)后的顆粒要比燒結(jié)前的細(xì)小，而燒結(jié)后，薄膜具有透明性，隨著層數(shù)的增多，透明度逐漸降低，吸附染料增加；將各層薄膜分別組裝成電池后，測(cè)試其IV曲線，結(jié)果表明，當(dāng)薄膜層數(shù)為8層時(shí)，薄膜的光電性能最佳。 其次，通過(guò)粉末法制備TiO_2薄膜：利用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨好漿料后，用粉末刮涂法制得薄膜，并研究了各實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)電池性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)使用1.5g P25，3ml去離子水，0.5ml乙酰丙酮，0.2ml Triton X-100，研磨總時(shí)間為60min，熱處理溫度為500℃，保溫時(shí)間為30min，所制得的薄膜組裝成電池后其光電性能最好。 再次，分別比較了三種方法制備薄膜的優(yōu)劣：(1)溶膠提拉法：利用鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、二乙醇胺和去離子水作為原料，配制成鈦溶膠液后，用提拉法制得TiO_2薄膜；(2)粉末刮涂法：用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨成漿料，通過(guò)刮涂法制得TiO_2薄膜；(3)混合涂敷法：將P25粉末與鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、二乙醇胺和去離子水配制出來(lái)的鈦溶膠液混合，并加入乙酰丙酮、Triton X-100等添加劑研磨，得到的漿料在導(dǎo)電玻璃上刮涂制得TiO_2薄膜。將各薄膜組裝成電池后，測(cè)試其IV曲線圖，研究結(jié)果表明，混合涂敷法制得的TiO_2薄膜組裝成電池后，光電性能優(yōu)于其他兩種制備方法。 最后，對(duì)封裝工藝進(jìn)行了探討改進(jìn)，并系統(tǒng)研究了大面積染料敏化太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程。利用粉末刮涂法制備了大面積TiO_2薄膜，將薄膜經(jīng)過(guò)熱處理后，浸泡于染料中，得到TiO_2/染料電極，與碳對(duì)電極一起進(jìn)行封裝，并在兩者之間注入電解液，連接好外電路，完成整個(gè)大面積電池的組裝工作，測(cè)試結(jié)果表明，電池性能較為穩(wěn)定。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 染料敏化 二氧化鈦 溶膠提拉 粉末刮涂 大面積
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 課題背景14-15
• 1.2 太陽(yáng)能電池的分類15-16
• 1.3 DSSC 研究歷史和現(xiàn)狀16-17
• 1.4 DSSC 結(jié)構(gòu)和工作原理17-28
• 1.4.1 TiO_2光陽(yáng)極19-25
• 1.4.2 染料敏化劑25-26
• 1.4.3 電解質(zhì)26-28
• 1.4.4 對(duì)電極28
• 1.5 發(fā)展前景與存在的問(wèn)題28-29
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容29-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)所用材料、過(guò)程介紹30-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30-31
• 2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程31-34
• 第三章 制備方法對(duì)電池性能的影響研究34-72
• 3.1 溶膠提拉法34-40
• 3.1.1 溶膠生成條件和結(jié)合機(jī)理34-36
• 3.1.2 溶膠提拉法制備薄膜36
• 3.1.3 薄膜形貌的比較36-40
• 3.1.4 薄膜的伏安特性測(cè)試40
• 3.2 粉末刮涂法40-54
• 3.2.1 研磨時(shí)間對(duì) DSSC 性能的影響42-44
• 3.2.2 乙酰丙酮對(duì) DSSC 性能的影響44-46
• 3.2.3 Triton X-100 對(duì) DSSC 性能的影響46-49
• 3.2.4 熱處理溫度對(duì) DSSC 性能的影響49-51
• 3.2.5 保溫時(shí)間對(duì) DSSC 性能的影響51-52
• 3.2.6 對(duì)電極制備工藝的比較52-54
• 3.3 混合涂敷法54-62
• 3.3.1 乙酰丙酮對(duì) DSSC 性能的影響55-56
• 3.3.2 Triton X-100 對(duì) DSSC 性能的影響56-58
• 3.3.3 熱處理溫度對(duì) DSSC 性能的影響58-60
• 3.3.4 保溫時(shí)間對(duì) DSSC 性能的影響60-62
• 3.4 三種制備方法的比較62-70
• 3.4.1 TiO_2薄膜制備方法對(duì)電池性能的影響66-69
• 3.4.2 原因分析69-70
• 3.5 本章小結(jié)70-72
• 第四章 大面積 DSSC 的初步研究72-84
• 4.1 引言72-73
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析73-79
• 4.2.1 氙燈條件下的測(cè)試結(jié)果73
• 4.2.2 太陽(yáng)光條件下的測(cè)試結(jié)果73-79
• 4.3 封裝設(shè)計(jì)討論79-81
• 4.4 電池光電性能隨時(shí)間的變化測(cè)試81-83
• 4.5 本章小結(jié)83-84
• 第五章 總結(jié)與展望84-86
• 5.1 結(jié)論84-85
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和意義85
• 5.3 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 致謝92-93
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

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