染料敏化太陽能電池的大面積化研究

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cell, DSC)具有制作成本低、生產(chǎn)工藝簡單、無污染、原料豐富等優(yōu)點,是一種可以替代硅太陽能電池的新型太陽能電池。目前小面積DSC的光電轉(zhuǎn)換效率已接近非晶硅太陽能電池的水平,但是要實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化,必須研究大面積染料敏化太陽能電池。由于大面積染料敏化太陽能電池存在著光電轉(zhuǎn)換效率低和長期穩(wěn)定性差的問題,因此我們改進制作方法,設(shè)計并研制新型的大面積DSC來解決目前大面積DSC面臨的問題。 本論文設(shè)計并制作了5種大面積DSCs,包括單條DSC、并聯(lián)DSC、串聯(lián)W型DSC、串聯(lián)Z型DSC和X型DSC,其中X型DSC是我們自己研制開發(fā)的新型大面積DSC。首先,本文分別對這5種DSCs進行了光電轉(zhuǎn)換效率和電化學(xué)阻抗的系統(tǒng)研究,研究結(jié)果表明：在導(dǎo)電基板上印刷Ag線能明顯提高大面積DSC的光電轉(zhuǎn)換效率,Ag線通過降低基板電阻提高大面積DSC的填充因子(Fill Factor, FF),從而提高大面積DSC的光電轉(zhuǎn)換效率。其次,本文進一步研究了影響大面積DSC光電轉(zhuǎn)換效率的因素,結(jié)果表明：制作大面積DSC光陽極Ti02膜的方法是采用多次細化成膜并進行TiCl4處理的方法,我們制作的面積為4.9 cm×7.2 cm的并聯(lián)DSC光電轉(zhuǎn)換效率達到5.15%。活性面積、對電極鉑層厚度以及電解液的濃度是影響串聯(lián)DSC的重要因素。最后,本文通過改進制作工藝提高DSC的長期穩(wěn)定性,我們研究了面積為4.9 cm×7.2 cm的并聯(lián)DSC的穩(wěn)定性,從2009年12月到2010年4月DSC的光電性能比較穩(wěn)定,光電轉(zhuǎn)換效率沒有降低。我們還制作了面積為46 cm×63 cm的大面積DSC組件,目前制作完成已1.5年,電解質(zhì)仍沒有泄露有著很好的穩(wěn)定性。 通過對新型大面積X型DSC的光電轉(zhuǎn)換效率和電化學(xué)阻抗譜的研究,結(jié)果表明：X型DSC可以根據(jù)不同的需要進行串并聯(lián)并能得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率,X型DSC的光電轉(zhuǎn)換效率明顯高于傳統(tǒng)的并聯(lián)DSC,高出33.62%。因此X型DSC是一種很有發(fā)展前途的大面積DSC,為大面積DSC的產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化 太陽能電池 大面積 串并聯(lián) 組件
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(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4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-33
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-14
• 1.2.1 二氧化鈦納米晶電極11-12
• 1.2.2 染料敏化劑12-13
• 1.2.3 電解質(zhì)13-14
• 1.2.4 對電極14
• 1.3 染料敏化太陽能電池的工作原理及評價方法14-17
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的工作原理14-16
• 1.3.2 入射單色光光電轉(zhuǎn)換效率IPCE16
• 1.3.3 I-V曲線16-17
• 1.4 大面積染料敏化太陽能電池的研究成果及存在的問題17-31
• 1.4.1 國內(nèi)的大面積DSC的研究成果18-22
• 1.4.2 國外的大面積DSC的研究成果22-31
• 1.4.3 大面積DSC存在的問題31
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容及意義31-33
• 2 大面積單條DSC的制作與性能研究33-45
• 2.1 大面積單條DSC的設(shè)計33-35
• 2.1.1 大面積單條DSC結(jié)構(gòu)的設(shè)計33
• 2.1.2 大面積單條DSC生產(chǎn)工藝的設(shè)計33-35
• 2.2 實驗部分35-38
• 2.2.1 實驗原料與儀器35-36
• 2.2.2 大面積單條DSC的制作方法36-37
• 2.2.3 大面積單條DSC的測試方法37-38
• 2.3 實驗結(jié)果與討論38-43
• 2.3.1 印刷Ag線對單條DSC性能的影響38-39
• 2.3.2 FTO或TiO_2膜的刻蝕對單條DSC性能的影響39-41
• 2.3.3 刮涂法和噴涂法制作對電極對單條DSC性能的影響41
• 2.3.4 單條DSC間串并聯(lián)的性能研究41-43
• 2.4 大面積單條DSC的應(yīng)用43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 3 大面積并聯(lián)DSC的制作與性能研究45-61
• 3.1 大面積并聯(lián)DSC的設(shè)計45-47
• 3.1.1 大面積并聯(lián)DSC結(jié)構(gòu)的設(shè)計45
• 3.1.2 大面積并聯(lián)DSC生產(chǎn)工藝的設(shè)計45-47
• 3.2 實驗部分47-48
• 3.2.1 實驗原料與儀器47
• 3.2.2 大面積并聯(lián)DSC的制作方法47-48
• 3.2.3 大面積并聯(lián)DSC的測試方法48
• 3.3 實驗結(jié)果與討論48-57
• 3.3.1 印刷Ag線對并聯(lián)DSC性能的影響48-50
• 3.3.2 對TiO_2膜進行TBT處理對并聯(lián)DSC性能的影響50-52
• 3.3.3 對TiO_2膜進行TiCl_4處理對并聯(lián)DSC性能的影響52-53
• 3.3.4 高效率并聯(lián)DSC的性能研究53-56
• 3.3.5 大面積并聯(lián)DSC電化學(xué)阻抗譜的研究56-57
• 3.4 大面積并聯(lián)DSC的穩(wěn)定性研究57-60
• 3.4.1 大面積并聯(lián)DSC的測試結(jié)果57-58
• 3.4.2 大面積并聯(lián)DSC的穩(wěn)定性研究58-59
• 3.4.3 大面積并聯(lián)DSC組件的穩(wěn)定性研究59-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 4 大面積串聯(lián)DSC的制作與性能研究61-73
• 4.1 大面積串聯(lián)DSC的設(shè)計61-65
• 4.1.1 大面積串聯(lián)W型DSC的設(shè)計61-63
• 4.1.2 大面積串聯(lián)Z型DSC的設(shè)計63-65
• 4.2 實驗部分65-66
• 4.2.1 實驗原料與儀器65
• 4.2.2 大面積串聯(lián)W型DSC的制作方法65
• 4.2.3 大面積串聯(lián)Z型DSC的制作方法65-66
• 4.2.4 大面積串聯(lián)DSC的測試方法66
• 4.3 實驗結(jié)果與討論66-71
• 4.3.1 光陽極對大面積串聯(lián)DSC性能的影響66-67
• 4.3.2 對電極對大面積串聯(lián)DSC性能的影響67-68
• 4.3.3 單條間的均勻性對大面積串聯(lián)DSC性能的影響68
• 4.3.4 大面積串聯(lián)DSC電化學(xué)阻抗譜的研究68-71
• 4.4 W型DSC和Z型DSC的比較71-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 5 大面積X型DSC的制作與性能研究73-83
• 5.1 大面積X型DSC的設(shè)計73
• 5.2 實驗部分73
• 5.2.1 實驗原料與儀器73
• 5.2.2 大面積X型DSC的制作方法73
• 5.2.3 大面積X型DSC的測試方法73
• 5.3 實驗結(jié)果與討論73-77
• 5.4 X型DSC與并聯(lián)DSC的比較77-82
• 5.4.1 大面積X型DSC的I-V測試及EIS測試77-80
• 5.4.2 大面積X型DSC與并聯(lián)DSC的比較80-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論83-84
• 參考文獻84-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況89-90
• 致謝90-92

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