染料敏化太陽能電池的研究

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種新型光電化學太陽能電池,它具有生產成本低、制作工藝簡單、原材料來源豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點,成為新能源發(fā)展領域中的研究重點。目前,DSSC正向多元化方向發(fā)展,采用具有直線電子傳輸能力的一維半導體納米材料作為DSSC光陽極成為研究的熱點;另外制備大面板及柔性可彎曲電池也是DSSC當前發(fā)展的主要趨勢。綜上,本論文對基于TiO_2納米管DSSC、柔性DSSC以及大面板DSSC三個方面進行了研究。 (1)采用較高粘度的有機溶液作為陽極氧化電解質溶劑制備TiO_2納米管陣列。通過探討陽極氧化工藝參數對納米管形貌的影響,研究出高長徑比TiO_2納米管陣列的制備工藝;同時對TiO_2納米管作為DSSC光陽極的光電性能進行測試,并討論TiO_2納米管的形貌對電池性能的影響。結果表明:提高氧化電壓和時間有利于獲得高長徑比納米管,在含0.5 wt%NH4F的乙二醇電解質中50 V氧化17 h可制備出長徑比為313.4的TiO_2納米管陣列;在含0.5 wt%NH4F的乙二醇電解質中40 V氧化13 h制備得到的TiO_2納米管經Ti(OBu)4處理后可得到0.659 V的開路電壓、6.98 mA/cm~2的短路電流,光電轉化效率達到2.43%。 (2)采用TiO_2納米管添加法、溶膠凝膠法及反應燒結法在低溫條件下制備納米晶TiO_2薄膜電極,對TiO_2薄膜電極的表面質量以及薄膜與基底的結合強度進行研究,并對不同低溫方法制備的DSSC的光電性能進行測試和對比。結果表明:向TiO_2納米顆粒薄膜中添加TiO_2納米管可增加薄膜以及薄膜與基底的結合強度,DSSC的光電性能隨著TiO_2納米管含量的增加而提高,含20 wt%TiO_2納米管的DSSC經Ti(OBu)_4處理后可獲得0.724 V的開路電壓和4.15 mA/cm~2的短路電流;溶膠凝膠法在ITO玻璃上制備的DSSC的開路電壓為0.634 V,短路電流為2.35 mA/cm~2,在導電高分子基底ITO/PET上制備的DSSC的開路電壓和短路電流要小于ITO玻璃;反應燒結法相對于溶膠凝膠法可獲得更好的TiO_2顆粒連接性,DSSC的電化學阻抗譜特征明顯,DSSC的開路電壓為0.682 V、短路電流為4.27 mA/cm~2。 (3)研究大面板DSSC的制備工藝,探討DSSC面積對其光電性能的影響。采用并聯(lián)結構制備尺寸為40 mm×50 mm的大面板DSSC,并對DSSC的光電性能進行測試。結果表明:隨著面積的增大DSSC的短路電流和填充因子迅速減小,DSSC的伏安特征曲線逐漸變成直線;并聯(lián)結構DSSC采用金屬銀柵電極收集電流,可減小電流在導電基底處的歐姆損耗,提高DSSC的光電性能。經TiCl_4處理后光陽極面積為6.48 cm~2的大面板DSSC可獲得0.763 V的開路電壓、10.83 mA/cm~2的短路電流,光電轉化效率達到3.93%。 【關鍵詞】：染料敏化太陽能電池 TiO_2納米管 柔性 大面板
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 概論11-29
• 1.1 染料敏化太陽能電池概況11-13
• 1.2 染料敏化太陽能電池原理13-16
• 1.3 染料敏化太陽能電池結構16-24
• 1.4 基本概念24-27
• 1.5 選題意義及課題設計27-29
• 2 TiO_2納米管制備及其光陽極應用29-51
• 2.1 前言29-30
• 2.2 實驗30-32
• 2.3 結果與分析32-50
• 2.4 本章小結50-51
• 3 柔性染料敏化太陽能電池制備51-65
• 3.1 前言51-52
• 3.2 實驗52-55
• 3.3 結果與分析55-64
• 3.4 本章小結64-65
• 4 大面板染料敏化太陽能電池制備65-77
• 4.1 前言65-66
• 4.2 實驗66-71
• 4.3 結果與分析71-76
• 4.4 本章小結76-77
• 5 結論77-79
• 5.1 全文總結77-78
• 5.2 不足與展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻80-85

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