柔性敏化太阳能电池的制备

论文摘要

太阳能作为一种清洁可持续能源，日益受到人们的青睐。本文综合阐述了太阳能电池的发展历史，太阳能电池的材料、结构，发展状况及存在的问题等内容。在此基础上，为了拓宽太阳能电池的应用范围，探索柔性敏化太阳能电池的制备条件和性能之间的关系。首先，本论文对柔性太阳能电池的低温下的制备工艺进行了研究。通过钛酸异丙酯水解生成TiO2溶胶，再通过水热合成获得凝胶，然后用丝网印刷的方法制备出柔性TiO2薄膜太阳能电极。对其结构和性能的研究表明，水热反应温度、薄膜印刷次数和薄膜烧结条件分别是TiO2结晶程度、薄膜厚度和薄膜与基板的结合程度的决定因素，进而也影响着电极的光电化学性能。在240℃条件下对TiO2溶胶进行水热合成，然后在135℃下对TiO2薄膜热处理10分钟，TiO2膜的光电化学性能以及基板与薄膜之间的稳定性达到最佳。接着，为了提高TiO2薄膜的机械性能和薄膜与基板间的稳定性，本研究还对小分子添加剂的引入进行研究，这是本次工作的一个创新点。以往研究常常加入大分子的树脂材料，虽然能提高薄膜的稳定性，却会对薄膜的导电性产生不良影响。小分子添加剂分子量小，易分解，不容易残留在TiO2薄膜上。在丝网印刷过程中，加入乙二醇，乙二醇甲醚等小分子添加剂。结果表明，对于玻璃基板上的TiO2薄膜，小分子添加剂的加入，有利于改善薄膜的开裂情况，还有利于薄膜对染料的吸附，提高敏化TiO2光电极的光电转化效率。对于柔性的太阳能电极，小分子添加剂的引入，能帮助提高柔性基板上TiO2的稳定性，同时，TiO2薄膜光电极的光电转化性能没有明显的降低。最后，为提高柔性TiO2光电极的光电转化效率，本论文通过高分子染料和无机纳米颗粒量子点对电极进行了敏化处理。对敏化后柔性薄膜光电极的光电性能研究表明，两种敏化均使电极的光电流提高。同时发现，在无机纳米量子点敏化过程中，量子点的合成过程对敏化后的光电极效率有影响。合成过程中的pH值和pH调节剂的种类的不同，都会对敏化光电极光电转化效率的高低有影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池综述
• 1.3 湿化学太阳能电池
• 1.3.1 半导体光电化学电池
• 1.3.1.1 染料敏化太阳能电池（DSC太阳能电池）
• 1.3.1.2 无机粒子敏化太阳能电池
• 1.3.1.3 纳米阵列太阳能电池
• 1.2.2 敏化太阳能电池发展趋势
• 1.2.2.1 提高染料的敏化效率
• 1.2.2.2 大面积太阳能电池
• 1.2.2.3 柔性太阳能电池
• 1.3 柔性太阳能电池
• 1.3.1 和传统湿化学电池的区别
• 1.3.2 柔性太阳能电池的制备方法
• 1.3.3 柔性太阳能电池的制备重点
• 1.4 课题的提出
• 第二章 实验方法
• 2.1 衬底清洗
• 2.2 实验设备
• 2.3 主要实验原料
• 2.4 样品的制备
• 2薄膜的制备'>2.4.1 多孔TiO₂薄膜的制备
• 2.4.2 CdS纳米粒子的制备
• 2.4.3 电极的制备
• 2.5 样品分析测试方法
• 2.5.1 X射线衍射（XRD）
• 2.5.2 透射电镜（TEM）
• 2.5.3 场发射扫描电镜（SEM）
• 2.5.4 紫外可见吸收光谱（UV-VIS Absorption spectrum）
• 2.5.5 光电化学特性测试
• 第三章 柔性太阳能电池制备优化条件的探索
• 2膜的性能的影响'>3.1 膜厚对TiO₂膜的性能的影响
• 3.2 烧结温度对薄膜性能的影响
• 3.3 水热温度系列
• 3.4 柔性基板上的烧结温度的研究
• 3.5 小结
• 2柔性光电极性能影响'>第四章 小分子添加剂对TiO₂柔性光电极性能影响
• 4.1 实验方法
• 4.2 添加剂对薄膜表面微观结构的影响
• 2试样的光学性能'>4.3 加入小分子添加剂的TiO₂试样的光学性能
• 2薄膜的光电化学性能'>4.4 不同TiO₂薄膜的光电化学性能
• 2太阳能电极的影响'>4.5 小分子添加剂对柔性TiO₂太阳能电极的影响
• 4.6 小结
• 2电极'>第五章 无机量子点或有机染料敏化柔性TiO₂电极
• 2薄膜光电极的影响'>5.1 无机量子点制备过程对敏化TiO₂薄膜光电极的影响
• 5.2 CdS纳米颗粒在制备过程中的化学反应
• 5.3 pH值修饰剂对CdS纳米粒子颗粒大小和光学性能的影响
• 2薄膜光电极的影响'>5.4 不同的pH调节剂对CdS粒子敏化的TiO₂薄膜光电极的影响
• 2太阳能电极'>5.5 无机纳米颗粒和有机染料米敏化的柔性TiO₂太阳能电极
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文