柔性染料敏化太阳能电池TiO2电极的低温制备及性能表征

论文摘要

柔性染料敏化太阳能电池是以透明导电塑料薄膜为衬底的,由于其能减轻太阳能电池的重量和降低成本,引起了人们的广泛关注。但柔性的导电衬底不耐高温,采用低温方法制备TiO2薄膜电极具有重要的意义。采用紫外处理低温烧结和常压水热两种低温方法制备柔性TiO2薄膜电极,为了进一步优化柔性薄膜电极的光电性能,将水热合成法制备的TiO2纳米管以不同比例与P25混合,制备了纳米管复合电极。通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO2纳米管进行了表征,用傅立叶变换红外吸收光谱仪（FTIR）、紫外可见光仪（UVSP）、场发射扫描电镜（FESEM）对TiO2薄膜电极及纳米管复合电极进行表征,并测试了电极组装电池的光电性能。研究表明:两种方法制备的电极均为一种多孔结构,不含有机物;并且敏化电极吸收光谱的吸光度增大;紫外处理低温烧结法制备电极组装柔性电池的短路电流为4.9mA,其光电转换效率为1.28%。而水热法制备电极组装柔性电池的稳定性较好,虽然其短路电流为2.60mA,但光电转换效率为1.32%。150℃48h制备TiO2纳米管其直径为10nm、长度为0.51μm、比表面积为405.8cm2/g,用该纳米管掺杂的薄膜电极光电性能较好;400℃热处理后,该纳米管光电性能最佳;掺杂5%400℃烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 太阳能电池的发展
• 1.1.2 太阳能电池的种类
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
• 1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展
• 2 薄膜电极的研究进展'>1.3.1 TiO₂薄膜电极的研究进展
• 1.3.2 染料和电解质的研究进展
• 1.4 柔性染料敏化太阳能电池的发展
• 1.4.1 概述
• 2 薄膜电极的研究进展'>1.4.2 柔性TiO₂薄膜电极的研究进展
• 1.5 本论文的研究内容
• 2薄膜电极'>第二章 紫外处理低温烧结法制备柔性TiO₂薄膜电极
• 2 薄膜电极'>2.1 紫外处理低温烧结柔性TiO₂薄膜电极
• 2.1.1 试验原料及仪器
• 2.1.2 柔性导电衬底的清洗
• 2 薄膜电极制备工艺过程'>2.1.3 柔性TiO₂薄膜电极制备工艺过程
• 2.2 柔性染料敏化太阳能电池的组装
• 2 薄膜电极'>2.2.1 染料敏化柔性TiO₂薄膜电极
• 2.2.2 电解液的配制
• 2.2.3 电池组装
• 2 薄膜电极的表征及其组装的电池测试'>2.3 柔性TiO₂薄膜电极的表征及其组装的电池测试
• 2.3.1 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）测试
• 2.3.2 透射电镜（TEM）
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）
• 2.3.4 场发射扫描电镜（FESEM）
• 2.3.5 柔性染料敏化太阳能电池的测试
• 2.4 结果与讨论
• 2粒子HNO₃ 处理前后的FTIR 分析'>2.4.1 TiO₂粒子HNO₃ 处理前后的FTIR 分析
• 2粒子HNO₃ 处理前后的TEM 观察'>2.4.2 TiO₂粒子HNO₃ 处理前后的TEM 观察
• 2 薄膜电极的红外分析'>2.4.3 紫外处理前后柔性TiO₂薄膜电极的红外分析
• 2 薄膜电极的紫外可见光谱分析'>2.4.4 N719 和柔性TiO₂薄膜电极的紫外可见光谱分析
• 2 薄膜电极的表面形貌'>2.4.5 TiO₂薄膜电极的表面形貌
• 2 薄膜电极组装成柔性电池的光电性能'>2.4.6 TiO₂薄膜电极组装成柔性电池的光电性能
• 2.5 本章小结
• 2薄膜电极'>第三章 常压水热法制备柔性TiO₂薄膜电极
• 2 薄膜电极'>3.1 常压水热制备柔性TiO₂薄膜电极
• 3.1.1 试验原料及仪器
• 2 薄膜电极制备的工艺过程'>3.1.2 柔性TiO₂薄膜电极制备的工艺过程
• 2 薄膜电极'>3.1.3 不同染料敏化柔性TiO₂薄膜电极
• 3.2 柔性染料敏化太阳能电池的组装及相关测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 钛酸正丁酯溶胶电极的晶型
• 3.3.2 钛酸正丁酯溶胶水解粒子的形貌
• 3.3.3 钛酸正丁酯溶胶电极的BET 分析
• 2 薄膜电极的红外分析'>3.3.4 柔性TiO₂薄膜电极的红外分析
• 2 薄膜电极的表面形貌'>3.3.5 柔性TiO₂薄膜电极的表面形貌
• 2 薄膜电极的紫外可见光谱分析'>3.3.6 柔性TiO₂薄膜电极的紫外可见光谱分析
• 2 薄膜电极组装电池的光电性能'>3.3.7 柔性TiO₂薄膜电极组装电池的光电性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 水热法制备纳米管复合薄膜电极
• 2纳米管及柔性TiO₂ 纳米管薄膜电极'>4.1 TiO₂纳米管及柔性TiO₂纳米管薄膜电极
• 4.1.1 试验原料及仪器
• 2 纳米管的制备'>4.1.2 TiO₂纳米管的制备
• 2 纳米管复合薄膜电极的制备'>4.1.3 柔性TiO₂纳米管复合薄膜电极的制备
• 4.2 表征及测试
• 4.3 结果与讨论
• 2 纳米管的能谱分析'>4.3.1 TiO₂纳米管的能谱分析
• 2 纳米管的表面形貌'>4.3.2 TiO₂纳米管的表面形貌
• 2 纳米管的BET 分析'>4.3.3 TiO₂ 纳米管的BET 分析
• 2 纳米管的XRD 分析'>4.3.4 TiO₂ 纳米管的XRD 分析
• 2 纳米管的热稳定性'>4.3.5 TiO₂纳米管的热稳定性
• 2 纳米管薄膜电极的表面形貌'>4.3.6 TiO₂纳米管薄膜电极的表面形貌
• 2 纳米管薄膜电极的光电性能'>4.3.7 TiO₂纳米管薄膜电极的光电性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本论文的主要结论
• 2 薄膜电极'>5.1.1 TiO₂薄膜电极
• 2 纳米管薄膜电极'>5.1.2 TiO₂纳米管薄膜电极
• 5.2 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