料漿噴涂法制備納米晶TiO_2薄膜及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種新型的太陽能電池,與傳統(tǒng)的硅和化合物等半導(dǎo)體太陽能電池相比,具有制造成本低、制備工藝簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點,近年來發(fā)展迅速,成為國際和國內(nèi)的研究熱點之一,將會有很好的應(yīng)用前景。 TiO_2薄膜作為DSSC的關(guān)鍵部件之一,起著固定染料、接受染料中光生電子注入并將其傳遞到ITO導(dǎo)電玻璃表面的作用。通過制備具有高比表面、合適孔徑和厚度且無裂紋的TiO_2薄膜可有效地提高DSSC的輸出性能。本論文主要研究內(nèi)容如下: (1)以納米TiO_2粉體(P25,德國Degussa)為原料,運用料漿噴涂法(Colloidal Spray Coating)在ITO導(dǎo)電玻璃上制備納米晶TiO_2薄膜并組裝成染料敏化太陽能電池(DSSC),在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽光(AM1.5G)下進(jìn)行測試,短路電流密度達(dá)7.78mA/cm2、光電轉(zhuǎn)換效率為1.94%。用SEM對TiO_2薄膜表面和橫截面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析,發(fā)現(xiàn)用此法所制備的TiO_2薄膜均勻、多孔,構(gòu)成薄膜的TiO_2顆粒均為20-30nm,厚度能很好地控制在5-20μm之間。研究結(jié)果表明,制備過程中使用的有機(jī)分散劑松油醇和粘結(jié)劑乙基纖維素的含量對TiO_2薄膜的性能均有影響。 (2)采用刮刀法(Doctor blade)制備TiO_2薄膜,組裝電池并測試其電池性能,與料漿噴涂法制得電池的性能比較,發(fā)現(xiàn)料漿噴涂法制得的電池性能更好。 (3)采用料漿噴涂法,分別研究了乙醇或三乙醇胺溶劑、聚乙烯醇縮丁醛粘結(jié)劑、聚乙二醇1000造孔劑等添加劑對制備TiO_2薄膜的影響,分別表征了采用不同添加劑制備的薄膜結(jié)構(gòu)并組裝電池,測試了它們的電池性能,并對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了歸納分析,發(fā)現(xiàn)添加劑的種類和配方對電池性能影響很大。在總結(jié)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了今后優(yōu)化制備工藝的努力方向。 (4)采用料漿噴涂法,通過不同的噴涂次數(shù)制得四個結(jié)構(gòu)良好的TiO_2多孔薄膜,該方法能很好地控制TiO_2薄膜的厚度。說明料漿噴涂法制備TiO_2薄膜是一種理想良好的工藝。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 料漿噴涂法 納米晶TiO_2薄膜 ITO導(dǎo)電玻璃
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 課題研究背景11-15
• 1.1.1 太陽能電池的概述及分類11-15
• 1.1.2 太陽能電池的特點15
• 1.2 染料敏化太陽能電池(DSSC)的結(jié)構(gòu)及其原理15-17
• 1.2.1 DSSC的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.2.2 DSSC的工作原理16-17
• 1.3 DSSC的關(guān)鍵組件17-22
• 1.3.1 納米TiO_2薄膜電極17-18
• 1.3.2 染料敏化劑18-20
• 1.3.3 電解質(zhì)20-22
• 1.3.4 對電極22
• 1.4 DSSC面臨的主要問題22-23
• 1.5 本論文的研究目的和研究內(nèi)容23-24
• 第二章 染料敏化太陽能電池的制備和性能表征24-34
• 2.1 主要試劑及儀器24-25
• 2.1.1 試劑和材料24-25
• 2.1.2 實驗儀器25
• 2.2 DSSC的制備流程25-28
• 2.2.1 料漿制備25
• 2.2.2 納米晶TiO_2薄膜的制備25-27
• 2.2.3 電解質(zhì)的配制27-28
• 2.2.4 對電極的制備28
• 2.2.5 DSSC的組裝及其光電性能測試28
• 2.3 DSSC的性能測試及其評價指標(biāo)28-31
• 2.3.1 開路電壓(V_(oc))29
• 2.3.2 短路電流(I_(sc))29-30
• 2.3.3 I-V曲線30-31
• 2.3.4 光電轉(zhuǎn)化效率31
• 2.4 影響DSSC性能的主要因素31-34
• 第三章 料漿噴涂法制備納米晶TiO_2薄膜及其性能測試34-44
• 3.1 料漿噴涂法34-37
• 3.1.1 方法介紹34-35
• 3.1.2 工藝討論35-37
• 3.2 納米晶多孔TiO_2 薄膜陽極的制備37-38
• 3.3 TiO_2 薄膜微觀結(jié)構(gòu)分析38-40
• 3.4 性能測試及分析40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-44
• 第四章 納米晶TiO_2染料敏化太陽能電池的性能研究44-61
• 4.1 引言44-45
• 4.2 改變制備工藝對納米晶TiO_2薄膜電池性能的影響45-47
• 4.3 改變?nèi)軇{米晶TiO_2薄膜電池性能的影響47-50
• 4.4 改變粘結(jié)劑對納米晶TiO_2薄膜電池性能的影響50-53
• 4.5 加入不同含量造孔劑對納米晶TiO_2薄膜電池性能的影響53-57
• 4.5.1 TiO_2薄膜的制備53
• 4.5.2 TiO_2薄膜的結(jié)構(gòu)分析53-56
• 4.5.3 DSSC的性能測試56-57
• 4.6 不同噴涂次數(shù)制備納米晶TiO_2薄膜57-59
• 4.7 本章小結(jié)59-61
• 總結(jié)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果71-72
• 致謝72

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