染料敏化太阳能电池光阳极TiO2薄膜的研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池是一种新颖的光电化学太阳能电池。它制作工艺简单、成本低廉、性能稳定，对环境友好，具有广阔的应用前景。本文概述了染料敏化太阳能电池的研究历史、研究现状和发展趋势，对其结构、原理作了简单的介绍；研究了不同的TiO2薄膜制备方法及其各实验参数对性能的影响；对电池的对电极制备、封装进行了比较讨论和改进，尝试性研究并组装了大面积DSSC。首先，利用钛酸丁酯、无水乙醇和去离子水等试剂，通过溶胶提拉法制备TiO2薄膜。通过比较不同层数薄膜的表面形貌，得到以下结论：随着薄膜层数的增加，TiO2颗粒逐渐增大；比较烧结前后相同层数薄膜的TiO2颗粒，发现烧结后的颗粒要比烧结前的细小，而烧结后，薄膜具有透明性，随着层数的增多，透明度逐渐降低，吸附染料增加；将各层薄膜分别组装成电池后，测试其IV曲线，结果表明，当薄膜层数为8层时，薄膜的光电性能最佳。其次，通过粉末法制备TiO2薄膜：利用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨好浆料后，用粉末刮涂法制得薄膜，并研究了各实验参数对电池性能的影响，结果表明：当使用1.5g P25，3ml去离子水，0.5ml乙酰丙酮，0.2ml Triton X-100，研磨总时间为60min，热处理温度为500℃，保温时间为30min，所制得的薄膜组装成电池后其光电性能最好。再次，分别比较了三种方法制备薄膜的优劣：（1）溶胶提拉法：利用钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水作为原料，配制成钛溶胶液后，用提拉法制得TiO2薄膜；（2）粉末刮涂法：用P25粉末、乙酰丙酮、Triton X-100等原料研磨成浆料，通过刮涂法制得TiO2薄膜；（3）混合涂敷法：将P25粉末与钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水配制出来的钛溶胶液混合，并加入乙酰丙酮、Triton X-100等添加剂研磨，得到的浆料在导电玻璃上刮涂制得TiO2薄膜。将各薄膜组装成电池后，测试其IV曲线图，研究结果表明，混合涂敷法制得的TiO2薄膜组装成电池后，光电性能优于其他两种制备方法。最后，对封装工艺进行了探讨改进，并系统研究了大面积染料敏化太阳能电池的制备过程。利用粉末刮涂法制备了大面积TiO2薄膜，将薄膜经过热处理后，浸泡于染料中，得到TiO2/染料电极，与碳对电极一起进行封装，并在两者之间注入电解液，连接好外电路，完成整个大面积电池的组装工作，测试结果表明，电池性能较为稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 太阳能电池的分类
• 1.3 DSSC 研究历史和现状
• 1.4 DSSC 结构和工作原理
• 2光阳极'>1.4.1 TiO₂光阳极
• 1.4.2 染料敏化剂
• 1.4.3 电解质
• 1.4.4 对电极
• 1.5 发展前景与存在的问题
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 实验所用材料、过程介绍
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验过程
• 第三章 制备方法对电池性能的影响研究
• 3.1 溶胶提拉法
• 3.1.1 溶胶生成条件和结合机理
• 3.1.2 溶胶提拉法制备薄膜
• 3.1.3 薄膜形貌的比较
• 3.1.4 薄膜的伏安特性测试
• 3.2 粉末刮涂法
• 3.2.1 研磨时间对 DSSC 性能的影响
• 3.2.2 乙酰丙酮对 DSSC 性能的影响
• 3.2.3 Triton X-100 对 DSSC 性能的影响
• 3.2.4 热处理温度对 DSSC 性能的影响
• 3.2.5 保温时间对 DSSC 性能的影响
• 3.2.6 对电极制备工艺的比较
• 3.3 混合涂敷法
• 3.3.1 乙酰丙酮对 DSSC 性能的影响
• 3.3.2 Triton X-100 对 DSSC 性能的影响
• 3.3.3 热处理温度对 DSSC 性能的影响
• 3.3.4 保温时间对 DSSC 性能的影响
• 3.4 三种制备方法的比较
• 2薄膜制备方法对电池性能的影响'>3.4.1 TiO₂薄膜制备方法对电池性能的影响
• 3.4.2 原因分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 大面积 DSSC 的初步研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 氙灯条件下的测试结果
• 4.2.2 太阳光条件下的测试结果
• 4.3 封装设计讨论
• 4.4 电池光电性能随时间的变化测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 主要创新点和意义
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文