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染料敏化TiO_2太阳能电池光阳极的制备及性能研究

作　者: 左承阳
导　师: 崔旭梅
学　校: 西华大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 染料敏化 太能电池 纳米TiO2 多孔薄膜 光阳极
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


自从1991年Gratzel首次提出染料敏化纳米多孔薄膜太阳能电池（简称DSSC）以来，经过了二十多年的发展，染料敏化电池研究有了很大的进步。在当今能源为主导的时代，染料敏化太阳能电池作为新兴的能源研究得到了广泛的重视。染料敏化太阳能电池作为新一代的太阳能电池有着不同于传统太阳能电池的优点，其制作成本低、制作工艺简单、对环境无污染。不仅如此，染料敏化太阳能电池还有较高的理论光电转换率，应用前景广泛。在染料敏化太阳能电池中，纳米多孔薄膜是整个电池的核心，其直接决定了光电子的产生和传输，从而影响光电效率。本文以纳米TiO2多孔薄膜光阳极为研究重点，系统地研究了光阳极的制备工艺并对其进行了掺杂改性。首先通过对薄膜吸附性能的考察，研究了制备TiO2多孔薄膜光阳极的工艺，在此研究过程中采用了染料解吸法评估染料吸附量，并通过对正交数据统计分析研究确定最佳工艺，即TiO2薄膜电极的烧结条件为：以2℃/min速率升温至450℃，烧结50min后，随炉冷却。浸泡条件为：薄膜电极冷却至60℃时放入浓度为5×10-4mol/L的N719染料中浸泡12h，在最佳的烧结条件和染料浸泡条件下，用此光阳极组装的电池具有最佳的性能。其次用TiCl4溶液对TiO2多孔薄膜光阳极进行改性处理，研究发现TiCl4处理能明显提高DSSC电池性能，其中TiCl4处理溶液浓度为0.05mol/L，浸泡0.5h时效果最佳，并且玻璃基底和TiO2薄膜都处理的电池光电转换效率较没有处理的基础上提高了47%，达到了4.17%。另外，本文还对TiO2多孔薄膜光阳极进行了ZnO掺杂改性研究。首先研究了不同乙酸锌溶液浸泡浓度对TiO2薄膜电极的性能影响，研究发现当乙酸锌溶液浓度为0.3mol/L时，制备出的电池性能最好；其次，还对不同复合浆料制备的电池进行了性能研究比较，实验采用三种浆料：TiO2浆料，C4H6O4Zn·2H2O-TiO2复合浆料，ZnO-TiO2复合浆料，其中C4H6O4Zn·2H2O-TiO2复合浆料制备的DSSC效率最高达到了3.90%，比纯TiO2浆料提高了24%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 引言  8
  1.2 DSSC 电池的基本结构及其工作原理  8-10
    1.2.1 结构  8-9
    1.2.2 工作原理  9-10
  1.3 影响 DSSC 太阳能电池转换效率的主要因素  10-14
    1.3.1 TiO_2纳米多孔膜  10-11
    1.3.2 染料敏化剂  11-13
    1.3.3 电解质  13
    1.3.4 对电极  13-14
  1.4 DSSC 光电转化率的优化  14-15
    1.4.1 电解液组分的调整  14
    1.4.2 可移动的电解液离子  14
    1.4.3 TiO_2表面的钝化  14-15
    1.4.4 注入电子传输的“定向通道”  15
  1.5 DSSC 性能参数  15-17
    1.5.1 短路电流密度 Jsc  16
    1.5.2 开路电压 Voc  16
    1.5.3 填充因子ff  16-17
    1.5.4 电池光电转换效率η  17
  1.6 国内外 DSSC 研究现状  17-20
    1.6.1 目前常用制备方法  17
    1.6.2 太阳能电池效率现状  17-20
  1.7 本文研究内容  20-21
2 DSSC 制备工艺研究  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 实验部分  21-28
    2.2.1 实验试剂、设备与仪器  21-23
    2.2.2 DSSC 制备工艺  23-26
    2.2.3 正交试验  26-28
  2.3 实验结果与分析  28-33
    2.3.1 染料吸附性能分析  28-32
    2.3.2 电池性能测试分析  32-33
  2.4 本章小结  33-34
3 TiCl_4溶液对 DSSC 性能优化研究  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 TiCl_4溶液优化原理  34-35
    3.2.1 TiCl_4溶液预处理 FTO 导电玻璃  35
    3.2.2 TiCl_4溶液优化处理 TiO_2多孔薄膜  35
  3.3 实验过程  35-37
  3.4 TiCl_4优化处理样品表征  37
  3.5 实验结果与分析  37-43
    3.5.1 TiCl_4溶液预处理 FTO 导电玻璃研究  37-39
    3.5.2 TiCl_4溶液优化处理 TiO_2多孔薄膜研究  39-43
  3.6 本章小结  43-45
4 ZnO 对 DSSC 调制改性研究  45-56
  4.1 引言  45-46
  4.2 实验部分  46-48
    4.2.1 实验材料与设备  46
    4.2.2 实验工艺流程  46-48
  4.3 实验结果及分析  48-55
    4.3.1 TiO_2/ZnO 双层膜光阳极的性能研究  48-51
    4.3.2 ZnO-TiO_2复合薄膜光阳极的性能研究  51-54
    4.3.3 ZnO 对 DSSC 性能的影响研究  54-55
  4.4 本章小结  55-56
5 结论、待解决的问题以及今后的研究重点  56-58
参考文献  58-60
攻读硕士学位期间学术论文及科研成果  60-61
致谢  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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