染料敏化太陽能電池納米TiO_2薄膜的制備與性能研究

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(DSSC電池)是一種新型光電化學(xué)太陽能電池,由于它制作工藝簡單、成本低和性能穩(wěn)定,并且對環(huán)境無污染,具有良好的開發(fā)前景。它是解決世界范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境問題的一條重要途徑。納米TiO2薄膜是染料敏化太陽電池的重要組成部分,其形貌對電池性能影響顯著。本文通過XRD、SEM和TEM表征、DSSC電池的組裝、光電性能測試等,研究DSSC電池中TiO2薄膜的制備,其對電池效率的影響及可能的解決辦法。本論文的具體研究內(nèi)容和主要結(jié)論在于: 1.本文系統(tǒng)研究了不同制備方法對TiO2薄膜顯微結(jié)構(gòu)的影響。分別采用旋涂法、電泳沉積法、粉末涂覆法、絲網(wǎng)印刷法制備了TiO2薄膜,通過四種方法制備的TiO2薄膜顯微結(jié)構(gòu)比較可得:不同方法制備的TiO2薄膜形貌差異很大。通過制備方法對TiO2薄膜顯微結(jié)構(gòu)影響的分析,為染料敏化太陽電池中TiO2光陽極材料制備方法的選擇提供了依據(jù)。 2.采用絲網(wǎng)印刷制備染料敏化太陽電池用TiO2薄膜電極時,TiO2的漿料組成對電極結(jié)構(gòu)、電池J-V特性有重要影響。本文采用無水體系的TiO2膠體絲網(wǎng)印制TiO2薄膜,并組裝電池,測試性能。研究發(fā)現(xiàn)曲拉通(Triton X-100)、聚乙二醇(PEG-2000)可以明顯改變TiO2電極顯微結(jié)構(gòu),且對電池的性能影響顯著。過少或過多的曲拉通或聚乙二醇都將導(dǎo)致開路電壓、短路電流、填充因子以及效率的降低。由3g P25粉末配制的膠體中,當(dāng)聚乙二醇含量在0.8g附近、曲拉通含量在0.2~0.8ml之間時,染料敏化太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率較好。組裝成電池后,當(dāng)電池有效面積為0.28 cm2,在標(biāo)準(zhǔn)氙燈模擬器下(AM 1.5,100mW/cm2)測試電池J-V特性,電池光電轉(zhuǎn)換效率可達3.2%。 3.采用Sol-Gel法,以鈦酸四丁酯為原料自制納米級TiO2粉,研究pH值對凝膠時間和粒徑的影響,從而優(yōu)化其制備工藝條件。并將自制的TiO2粉與Triton X-100、乙酰丙酮混合后,通過絲網(wǎng)印刷的方法制備DSSC的多孔光陽極。組裝成電池后,當(dāng)其有效面積為0.28 cm2,在標(biāo)準(zhǔn)氙燈模擬器下(AM 1.5,100mW/cm2)測試電池的J-V特性,得到了3.22﹪的光電轉(zhuǎn)換效率。 4.以商用金紅石相TiO2粉末為原料,通過在堿性溶液中150℃水熱48h的方法合成TiO2納米管。根據(jù)不同溫度下納米粉末形貌的演變過程,提出納米管是由納米圓盤卷曲而形成的觀點。并將TiO2納米管與Triton X-100、乙酰丙酮混合后,通過絲網(wǎng)印刷的方法制備DSSC的多孔光陽極。組裝成電池的有效面積為0.28 cm2,并在標(biāo)準(zhǔn)氙燈模擬器下(AM 1.5,100mW/cm2)測試電池J-V特性,得到2.17﹪的光電轉(zhuǎn)換效率,為TiO2薄膜電極的研究提供了一個新的發(fā)展方向。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化 TiO_2薄膜 太陽電池 溶膠凝膠 TiO_2納米管
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TM914.4;TN304
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1-1 研究背景9
• 1-2 太陽能電池介紹9-12
• 1-2-1 硅太陽電池9-11
• 1-2-2 化合物半導(dǎo)體電池11
• 1-2-3 有機太陽電池11-12
• 1-3 染料敏化太陽電池12-17
• 1-3-1 染料敏化太陽電池的結(jié)構(gòu)和基本原理12-14
• 1-3-2 染料敏化太陽電池的性能指標(biāo)14-15
• 1-3-3 影響DSSC 性能的因素15-16
• 1-3-4 染料敏化太陽能電池的研究進展16-17
• 1-4 納米晶TiO_2薄膜電極17-21
• 1-4-1 納米晶TiO_2 薄膜研究的意義17-18
• 1-4-2 納米晶TiO_2 薄膜對DSSC 的影響18-19
• 1-4-3 納米晶TiO_2 薄膜的制備方法19-21
• 1-5 研究內(nèi)容和意義21-22
• 第二章 實驗與測試方法22-24
• 2-1 實驗原料與設(shè)備22-23
• 2-1-1 實驗原料22
• 2-1-2 所用儀器22-23
• 2-2 測試與表征23-24
• 2-2-1 測試儀器23
• 2-2-2 測試方法23-24
• 第三章 制備方法對納米 TiO_2 薄膜顯微結(jié)構(gòu)的影響24-29
• 3-1 實驗方法24-25
• 3-1-1 旋涂法制備TiO_2 薄膜24
• 3-1-2 電泳沉積法制備TiO_2 薄膜24
• 3-1-3 粉末涂敷法制備TiO_2 薄膜24
• 3-1-4 絲網(wǎng)印刷法制備TiO_2 薄膜24-25
• 3-2 實驗結(jié)果與討論25-28
• 3-2-1 F1 測試結(jié)果與分析25
• 3-2-2 F2 測試結(jié)果與分析25-26
• 3-2-3 F3 測試結(jié)果與分析26-27
• 3-2-4 F4 測試結(jié)果與分析27-28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 第四章 TiO_2 漿料組分對電池性能的影響29-36
• 4-1 TiO_2納米多孔膜的制備過程29-30
• 4-1-1 系列1（曲拉通含量不同）29
• 4-1-2 系列 2(聚乙二醇含量不同)29-30
• 4-2 電池的組裝30-31
• 4-2-1 組裝流程30
• 4-2-2 染料的性能表征30-31
• 4-2-3 鍍鉑對電極31
• 4-3 Triton X-100 的量對電池性能的影響31-33
• 4-3-1 TiO_2 薄膜顯微結(jié)構(gòu)分析31-32
• 4-3-2 電池性能測試結(jié)果分析32-33
• 4-4 PEG-2000 的量對電池性能的影響33-35
• 4-5 本章小結(jié)35-36
• 第五章 Sol-Gel 法自制 TiO_2 納米粉及應(yīng)用36-40
• 5-1 Sol-gel 的形成機理36
• 5-2 pH 值對凝膠時間的影響36-37
• 5-3 pH 值對粒徑的影響37-38
• 5-4 自制TiO_2納米粉的應(yīng)用38-39
• 5-4-1 TiO_2 薄膜的制備38-39
• 5-4-2 組裝電池及性能測試39
• 5.5 本章小結(jié)39-40
• 第六章 水熱法合成 TiO_2 納米管及應(yīng)用40-44
• 6-1 實驗部分40-41
• 6-1-1 TiO_2 納米管的制備40
• 6-1-2 納米管TiO_2 薄膜的制備40
• 6-1-3 組裝電池40-41
• 6-2 實驗結(jié)果與分析41-43
• 6-2-1 TEM 分析41
• 6-2-2 XRD 分析41-42
• 6-2-3 電池性能測試42-43
• 6.3 本章小結(jié)43-44
• 第七章 結(jié)論44-45
• 參考文獻45-51
• 致謝51-52
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果52

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

電化學(xué)法制備染料敏化太陽能電池中的納米結(jié)構(gòu)聚苯胺薄膜對電極    圖布新

酸度對偏鈦酸水熱法合成納米TiO_2的影響    張莉,褚道葆

聚乙二醇含量對納米TiO_2多孔薄膜性質(zhì)的影響    步紹靜,靳正國,劉曉新,楊立榮,程志捷

太陽能電池研究和發(fā)展現(xiàn)狀    毛愛華

有機太陽能電池研究進展    林鵬,張志峰,熊德平,張夢欣,王麗

TiO_2納米管的模板法制備及表征    李曉紅,張校剛,力虎林

納米二氧化鈦的水熱法制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    王東波;吳季懷;郝三存;蘭章;楊宏訓(xùn);

Sol-Gel法制備納米TiO_2過程中水解pH值的影響及其性能表征    王瑞斌,戴松元,王孔嘉

NPC太陽電池的TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)的研究    羅欣蓮,藍鼎,萬發(fā)榮,龍毅,周海鷹,葉亞平

CIS光伏材料的發(fā)展    李文漪,蔡珣,陳秋龍

染料敏化的TiO_2納米晶多孔膜的性質(zhì)及其光電轉(zhuǎn)換    萬海保,曹立新,王麗穎,曾廣賦,席時權(quán)

染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽電池研究    韓宏偉

略論二氧化鈦的高性能化和高功能化(上)    李大成,周大利,劉恒,張萍,陳朝珍,全學(xué)軍

可見光催化劑Ag_3VO_4的制備、表征及其光催化性能的研究    胡文娜;劉偉;

酸度對偏鈦酸水熱法合成納米TiO_2的影響    張莉,褚道葆

半導(dǎo)體納米粒子的合成,性質(zhì)及其光電化學(xué)應(yīng)用    張莉

太陽電池及其發(fā)展方向    呂建;殷洪亮;

光催化劑BiVO_4的制備、表征及其光催化性能的研究    胡文娜;劉偉;

玻璃襯底上CdTe薄膜的制備及其性質(zhì)    曾廣根,馮良桓,黎兵,張靜全,蔡亞平,鄭家貴,蔡偉,鄭華靖,陳茜,李衛(wèi)

有機薄膜太陽電池的研究進展    王琦;王娜娜;于軍勝;蔣亞東;

SiO_2包覆納米TiO_2的初步探討    孫秀果,林玉龍,賈振斌,魏雨

離子摻雜對提高銳鈦型TiO_2高熱穩(wěn)定性的影響    劉艷敏;張萍;李平蕊;張艷峰;魏雨;

低價太陽電池的研制及未來發(fā)展前景    戴松元;徐煒煒;翁堅;肖尚鋒;黃陽;陳雙宏;胡林華;王孔嘉;

染料敏化納米晶TiO_2太陽能電池發(fā)展概況    黃亮;

不同處理方式陽極氧化TiO_2膜對光催化性能的影響    王玲;王煒;陶杰;陶海軍;

陽極氧化法制備TiO_2納米孔薄膜的電壓施加方式研究    陳磊;李菲暉;鞏運蘭;

納米二氧化鈦光催化性能的研究進展及應(yīng)用前景    薛寒松;李華基;陳永盛;

浸漬法在玻璃單層上選擇沉積TiO_2薄膜    胡耀波;張維;王敬豐;潘復(fù)生;張丁非;劉天模;

自組裝單層上選擇沉積TiO_2薄膜的表征    胡耀波;張維;王敬豐;潘復(fù)生;張丁非;彭建;

納米抗菌日用陶瓷的研究    劉紅華;李建設(shè);

納米二氧化鈦相變及摻雜二氧化錫的影響    周華軍;王大志;劉先明;

TiO_2納米管的合成機理研究    王芹;翁履謙;徐國躍;王秀華;胡永芳;臺國安;

納米二硫化鉬的形態(tài)可控合成及其催化與潤滑性能研究    胡坤宏

新型摻雜二氧化鈦納米管光催化材料的制備及其光催化性能的研究    劉海津

II-VI族半導(dǎo)體耦合/復(fù)合低維結(jié)構(gòu)光學(xué)非線性    張熙

太陽能電動車關(guān)鍵技術(shù)研究    李春芳

基于酞菁銅的太陽能電池的研究    劉一婷

高性能染料敏化太陽能電池的制備與研究    李曉冬

納米TiO_2的低溫合成及光催化性能研究    王雅文

二氧化鈦納米管吸附Ag、Pt團簇體系第一性原理研究    李蘭

可見光響應(yīng)納米Cu_2O-TiO_2材料的制備及光催化性能研究    劉輝

聚偏氟乙烯基微孔—凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及其在DSSC中的應(yīng)用研究    楊艷

硅藻土負(fù)載TiO_2的制備及其染料吸附降解性能的研究    孫沖

染料敏化太陽能電池電極改性研究    石德暉

稀土—氮共摻雜TiO_2的制備及其光催化性能研究    顧松濤

含8-羥基喹啉的聚合金屬配合物的合成及其光伏性能    肖麗芬

染料敏化太陽能電池光陽極和對電極的研究    馮小明

水熱合成TiO_2納米管及光催化性能的研究    訾彤彤

飲用水中藻毒素和內(nèi)分泌干擾物深度處理技術(shù)    周勤

二氧化鈦納米材料的溶膠凝膠法制備及其光催化性能研究    張俊娟

納米TiO_2薄膜的制備及其光催化性能的研究    史振彥

金屬離子摻雜TiO_2納米管制備及光催化還原CO_2性能研究    溫凱

染料敏化太陽能電池對電極的研究進展    李國;胡志強;高巖;劉敬肖;劉貴山;

染料敏化太陽能電池對電極的研究進展    尹艷紅;許澤輝;馮磊碩;楊書廷;李承斌;

染料敏化La~(3+)摻雜的TiO_2納米多孔膜光電化學(xué)    張莉,任焱杰,蔡生民

電化學(xué)沉積四氨基酞菁鎳敏化納米TiO_2電極    楊朝暉;吳敏;秦艷濤;張俊頡;孫岳明;

陰極修飾對染料敏化TiO_2太陽能電池性能的改進    范樂慶,吳季懷,黃昀昉,林建明

用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備薄膜微電極的方法研究    張君,郭偉,袁倬斌

絲網(wǎng)印刷微電極測定水中痕量鉛的差分脈沖伏安法研究    張君;袁倬斌;

功能性多吡啶配體的合成    敬炳文,吳韜,張曼華,沈濤

Ru(bpy)_2(NCS)_2染料敏化CdS/Zn~(2+)TiO_2復(fù)合半導(dǎo)體納米多孔膜的光電化學(xué)    張莉,王艷芹,楊邁之,高恩勤,蔡生民

菁類染料敏化的固態(tài)納米TiO_2光電化學(xué)電池    張莉,任焱杰,張正誠,方世碧,田禾,蔡生民

染料敏化太陽電池中鉑金對電極的制備及性能之比較    李品將;吳季懷;李清華;

染料敏化太陽能電池的性能研究    張季

CdS多晶薄膜的電學(xué)性質(zhì)    黃小融,鄭家貴,蔡偉,黎兵,蔡亞平,朱居木,馮良桓

TiO_2薄膜氧敏特性研究    姚紅軍,汪榮昌,戎瑞芬,徐飛,金海巖

摻鉑TiO_(2-x)氧敏薄膜的制備和性能    鄭嘹贏,徐明霞,徐廷獻

有機太陽能電池研究進展    徐明生,季振國,闕端麟,汪茫,陳紅征

用溶膠-凝膠法制備的納米 TiO_2粉末的結(jié)構(gòu)    羅菊,丁星兆,程黎放,馬學(xué)鳴,董遠達

模板合成法制備金納米線的研究    潘善林,張浩力,彭勇,王臻,力虎林

Ru(bpy)_2(NCS)_2染料敏化CdS/Zn~(2+)TiO_2復(fù)合半導(dǎo)體納米多孔膜的光電化學(xué)    張莉,王艷芹,楊邁之,高恩勤,蔡生民

五甲川菁染料的敏化作用及其在Gr¨atzel型太陽能電池中的應(yīng)用    張莉,楊邁之,,高恩勤,喬學(xué)斌,郝彥忠,王艷琴,蔡生民,孟凡順,田禾

TiO_2納米管的模板法制備及表征    李曉紅,張校剛,力虎林

菁類染料敏化的固態(tài)納米TiO_2光電化學(xué)電池    張莉,任焱杰,張正誠,方世碧,田禾,蔡生民

中國科研院所承擔(dān)染料敏化太陽電池工業(yè)化    

染料敏化太陽電池產(chǎn)業(yè)化進程分析    田漢民;劉斌;于濤;鄒志剛;

染料敏化太陽電池電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀    劉廣陸;張苑;蔡寧;趙穎;楊瑞霞;

長春應(yīng)用化學(xué)研究所染料敏化太陽電池研究獲重要進展    靳力;瞭望;

一種染料敏化太陽電池用新型對電極的研究    紀(jì)偉偉;蔡寧;趙穎;張曉丹;孫建;魏長春;遠存達;李媛;蘇燕;熊紹珍;

染料敏化太陽電池基底的選擇和工藝分析    田漢民;李毅杰;

染料敏化太陽能電池研究進展    于利成;李洪飛;

環(huán)保型準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備及在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用    劉廣陸;蔡寧;趙穎;張苑;楊瑞霞;熊紹珍;

TiCl_4處理對TiO_2薄膜顯微結(jié)構(gòu)以及染料敏化太陽電池性能的影響    遠存達;趙穎;蔡寧;蘇燕;李媛;紀(jì)偉偉;張存善;熊紹珍;

ZnO/TiO_2復(fù)合納米材料的制備及其在染料敏化太陽電池中的運用    陳冠雨;鄭凱波;莫曉亮;孫大林;陳國榮;

染料敏化太陽電池薄膜電極溶膠修飾及電子傳輸研究    胡林華;莫立娥;戴松元;

染料敏化太陽電池的實用化研究    陳雙宏;翁堅;黃陽;王利軍;戴松元;

納米多孔薄膜在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用    胡林華;戴松元;戴俊;劉偉慶;王孔嘉;

噻吩π-橋?qū)崿F(xiàn)鉑炔染料敏化太陽電池敏化劑帶隙窄化    武文俊;張晶;楊海波;金斌;胡玥;花建麗;靜超;龍億濤;田禾;

新型固態(tài)電解質(zhì)在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用研究    王猛;潘旭;戴松元;

染料敏化納米薄膜太陽電池的近期研究    王孔嘉;戴松元;

多吡啶釕染料的優(yōu)化設(shè)計及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用    孔凡太;戴松元;王孔嘉;

一維納米TiO_2的水熱法制備及其在DSC電池中的應(yīng)用    蔡寧;趙穎;李媛;張曉丹;熊紹珍;

近紅外吸收卟啉染料的合成及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用    魯建峰;崔金;曹昆;徐曉寶;白杰;李志鴻;王鳴魁;

一種染料敏化太陽電池用新型對電極的研究    紀(jì)偉偉;蔡寧;趙穎;孫建;魏長春;張曉丹;熊紹珍;

染料敏化太陽電池研究獲進展    汪攜

國家支持染料敏化太陽電池開發(fā)    林青海

新型太陽電池項目獲國家扶持    記者 汪永安　通訊員 劉贊揚

染料敏化太陽電池產(chǎn)業(yè)化項目被列入國家“863”計劃    華文

太陽電池：柔軟便攜像紙一般    記者 連雅婕　通訊員 于柏林 于洋

“973”計劃新能源研發(fā)傳捷報    記者 李宏乾

太陽電池及其利用方法(十四)    青化 編譯

太陽電池及其利用方法(十五)    青化 編譯

太陽電池及其利用方法(二十)    青化 編譯

太陽電池及其利用方法(二十一)    青化 編譯

染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽電池研究    韓宏偉

晶體硅太陽電池中的電學(xué)復(fù)合行為    王朋

共軛聚電解質(zhì)及氧化鉬作為電極修飾層對聚合物太陽電池性能的影響    賀超

太陽電池透明電極與質(zhì)子輻照三結(jié)太陽電池研究    張希

新型硅基高效太陽電池的輸運性能研究    袁吉仁

高性能染料敏化太陽能電池的制備與研究    李曉冬

熱絲CVD法制備硅基薄膜材料及相關(guān)太陽電池模擬研究    黃海賓

摻雜改性二氧化鈦薄膜的制備及其光學(xué)性能研究    周艷軍

多晶硅及碲化鎘薄膜光伏材料關(guān)鍵制備技術(shù)的研究    羅翀

晶相和形貌可控的TiO_2納米晶和取向薄膜的合成及其在染料敏化太陽電池中的應(yīng)用    許元妹

電極性能改善及其在染料敏化太陽電池中應(yīng)用的研究    紀(jì)偉偉

大面積染料敏化太陽電池高效化研究    吳寶山

柔性染料敏化太陽電池高效率化研究    楊麗

具有反光膜的染料敏化太陽電池光陽極的制備及其性能的研究    龔彩虹

染料敏化太陽能電池納米TiO_2薄膜的制備與性能研究    張苑

基于ZnO復(fù)合納米結(jié)構(gòu)陣列的染料敏化太陽電池研究    尚曉英

染料敏化太陽電池光陽極的研究及電池性能的優(yōu)化    牛海紅

粉末涂敷法制備CuInS_2太陽電池光吸收層的研究    沙磊

氧化鋅納米結(jié)構(gòu)太陽電池的制備及其光電性能的研究    狄迪

太陽電池緩沖層CdS和Cd_xZn_(1-x)S薄膜的制備研究    李海燚