大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研制

论文摘要

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cell, DSC）具有生产工艺简单、制造成本低廉（仅为硅太阳能电池成本的1/5～1/10）及对环境无污染等诸多优点,是一种颇具发展潜力的新型绿色太阳能电池。目前小面积染料敏化太阳能电池性能已接近非晶硅太阳能电池,但要最终实现DSC的产业化生产,大面积DSC的研制成为必须。本课题主要针对大面积DSC转换效率低和稳定性差进行研究,通过优化改进制作工艺,研制新型大面积DSC来解决大面积化的瓶颈问题。本课题设计并制作了大面积单条DSC和并联DSC。首先,对低电阻Ag电极的引入及其电阻对大面积单条DSC的性能影响进行研究,结果表明：低电阻Ag电极的引入通过降低导电基底内阻,成倍提升DSC的填充因子（FF）,提高其光电转换效率（η）；选用内阻更小的Ag电极,η进一步的提高。其次,对Ti02膜电极进行TiCl4或Nd（NO3）3优化处理后,大面积单条DSC的η不同程度的提高。对对电极基底材料与背景反光材料的选择进行了比较研究,结果表明：选用平整锡箔作为背景反光材料,可提高大面积单条DSC的η。对电极基底材料选用DHS-FTO30-7（透光率>84%、单位电阻<7Ω/cm2及厚度为3.0mm）,电池各性能参数都有不同程度地增加。从Ti02粒径和大粒径反射层的引入研究对大面积并联DSC性能的影响,结果表明：选用粒径为13nm的Ti02浆料,大面积并联DSC整体性能较优;大颗粒反射层的引入大幅度提高了电池的性能参数,其中光电流密度（Jsc）增加18.5%,FF增加10.5%,η增加36.01%。最后,优化封装工艺,对制作的面积为4.5cm×3.0cm的大面积并联DSC稳定性进行了研究,在两个月的时间里,电池各项性能参数无明显变化,表现出了良好的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构及物理模型
• 2纳米薄膜电极'>1.2.1 TiO₂纳米薄膜电极
• 1.2.2 敏化染料
• 1.2.3 电解质
• 1.2.4 对电极
• 1.3 染料敏化太阳能电池的工作原理及评估方法
• 1.3.1 DSC的工作原理
• 1.3.2 DSC的评估方法
• 1.4 大面积染料敏化太阳能电池的研究成果及存在的问题
• 1.4.1 国内大面积DSC的研究成果
• 1.4.2 国外大面积DSC的研究成果
• 1.4.3 大面积DSC存在的问题
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 第二章 大面积单条DSC的制作与性能研究
• 2.1 大面积单条DSC的设计
• 2.1.1 大面积单条DSC结构设计
• 2.1.2 大面积单条DSC制作工艺设计
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要原材料及仪器设备
• 2.2.2 大面积单条DSC的制作
• 2.2.3 大面积单条DSC的测试
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 Ag电极的引入对单条DSC性能的影响
• 2膜电极进行TiCl₄处理对单条DSC性能的影响'>2.3.2 对TiO₂膜电极进行TiCl₄处理对单条DSC性能的影响
• 2膜电极进行Nd（NO₃）₃污处理对单条DSC性能的影响'>2.3.3 对TiO₂膜电极进行Nd（NO₃）₃污处理对单条DSC性能的影响
• 2.3.4 不同背景对单条DSC性能的影响
• 2.3.5 Ag电极的电阻对单条DSC性能的影响
• 2.3.6 对电极对单条DSC性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 大面积并联DSC的制作与性能研究
• 3.1 大面积并联DSC的设计
• 3.1.1 大面积并联DSC结构设计
• 3.1.2 大面积并联DSC制作工艺设计
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验主要原材料及仪器设备
• 3.2.2 大面积并联DSC的制作
• 3.2.3 大面积并联DSC的测试
• 3.3 实验结果及分析
• 2粒径对并联DSC性能的影响'>3.3.1 TiO₂粒径对并联DSC性能的影响
• 3.3.2 反射层的引入对并联DSC性能的影响
• 3.3.3 大面积并联DSC稳定性研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者和导师简介