丝网印刷法制备染料敏化太阳能电池光阳极及电池组装工艺探索

【摘要】：染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC)的出现为薄膜太阳能电池的发展带来了巨大的进步,与其他类型的太阳能电池相比,DSSC具有性价比高、制备工艺简便、弱光条件下光电转换率高等明显优势。所以,实现DSSC的商业化生产将是很具有价值的工作。本文以DSSC的产业化为目标,首先为满足DSSC的制备需求本文研究了纳米TiO2的批量制备工艺;然后针对机械化设备优化了光阳极的印刷工艺;最后对染料敏化太阳能电池的组装工艺进行了探索研究。主要研究内容与结论总结如下:1.纳米TiO2的批量制备工艺本文通过系统研究不同前驱体的pH值、水热温度、反应时间等实验参数对TiO2的晶型、粒径的影响,发现在前驱液的pH值为1.02,水热温度为180℃,反应时间为10 h的实验条件下,制备出的纳米TiO2的晶型为锐钛矿,颗粒尺寸均匀,粒径较小(约为20 nm)。为了能提高纳米TiO2的产量,使所制备的纳米TiO2能够满足后续印刷的使用需求,本文在纳米TiO2的制备过程中采用了较高容积的制备装置,所以试验制备出的纳米TiO2产量可达2.5-2.6 g/次。2.光阳极的印刷工艺优化本文经系统研究DSSC光阳极印刷所使用的浆料的成分及配比,确定了最佳的浆料调配方案:纳米TiO2(总质量的19%)、乙基纤维素(TiO2质量的40%)、聚乙二醇10000(TiO2质量的25%)、松油醇(分散剂)。由该浆料印刷的光阳极的孔隙明显,组装成的电池性能较好。在印刷时,本文选择30°作为刮刀的角度,25 kg/cm2作为刮刀压力值。在光阳极的印刷前探索了光阳极基底的表面处理最优参数为:浸泡温度为70℃,时间为40 min,浸泡后采用无水乙醇冲洗并将样品并置于管式炉中以10℃/min的升温速率升温至450℃,随后缓慢降温至室温。而光阳极的表面处理最佳参数为:浸泡温度为70℃,时间为40 min,之后采用无水乙醇冲洗并将样品置于管式炉中退火。3.染料敏化太阳能电池的组装工艺探索本文针对染料敏化太阳能电池的组装所涉及的材料制备及电池封装工艺进行了系统的研究。首先通过实验确定了12小时(h)的光阳极浸泡方案。其次本文研究了低方阻ITO导电玻璃的制备方法及氯铂酸(乙醇溶液)的印刷工艺。最后探索了采用EVA热熔胶封装电池的工艺,测试结果表明采用EVA热熔胶封装的电池性能优良,所封装的电池未出现电解液的泄漏等问题。 【关键词】：纳米TiO2 丝网印刷 光阳极 组装 DSSC
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 染料敏化太阳能电池结构及原理9-13
• 1.2 光阳极材料及其制备13-18
• 1.2.1 纳米二氧化钛的制备13-15
• 1.2.2 光阳极的制备工艺15-17
• 1.2.3 丝网印刷原理丝网印刷的应用17
• 1.2.4 丝网的分类17-18
• 1.2.5 光阳极的表面处理方法18
• 1.3 染料敏化太阳能电池的组装工艺18-22
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的组装18-20
• 1.3.2 封装材料的分类20-22
• 1.4 本论文的选题依据及主要工作22-24
• 1.4.1 本论文的选题依据22
• 1.4.2 本论文的主要工作22-24
• 第2章 实验过程与测试方法24-32
• 2.1 实验过程24-31
• 2.1.1 水热法制备纳米TiO_224-27
• 2.1.1.1 前驱液的配制25-26
• 2.1.1.2 水热过程26
• 2.1.1.3 纳米二氧化钛的清洗26-27
• 2.1.2 丝网印刷法制备染料敏化太阳能电池的光阳极27-30
• 2.1.2.1 丝网印刷浆料的调配27-28
• 2.1.2.2 丝网印刷法制备光阳极28-30
• 2.1.3 染料敏化太阳能电池的组装30-31
• 2.2 测试方法31-32
• 第3章 纳米二氧化钛的批量制备工艺32-36
• 3.1 引言32-33
• 3.2 不同条件下制备的纳米二氧化钛的的晶型分析33-35
• 3.2.1 不同前驱体的pH值条件下纳米二氧化钛的XRD分析33
• 3.2.2 不同水热时间条件下纳米二氧化钛的XRD分析33-34
• 3.2.3 不同水热温度条件下纳米二氧化钛的XRD分析34-35
• 3.3 最优参数条件下制备的纳米二氧化钛35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 染料敏化太阳能电池光阳极的印刷工艺优化36-46
• 4.1 引言36
• 4.2 印刷浆料的调配36-41
• 4.2.1 浆料中二氧化钛含量对膜层表面结构的影响36-38
• 4.2.2 浆料中乙基纤维素含量、聚乙二醇含量对膜层表面结构的影响38-41
• 4.3 染料敏化太阳能电池光阳极的丝网印刷41-45
• 4.3.1 基底的预处理41-42
• 4.3.2 印刷机刮刀的预处理及相关参数设定42
• 4.3.3 光阳极印刷流平时间对膜层结构的影响42-43
• 4.3.4 光阳极的印刷次数与光阳极厚度的关系43-44
• 4.3.5 光阳极的表面处理44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 染料敏化太阳能电池的组装工艺探索46-53
• 5.1 引言46-47
• 5.2 染料的吸附47-48
• 5.3 电解液的配制48-49
• 5.4 染料敏化太阳能电池对电极的制备49-51
• 5.4.1 低方阻ITO导电玻璃的制备工艺49-50
• 5.4.2 铂浆料的丝网印刷及其退火工艺50-51
• 5.5 染料敏化太阳能电池的封装工艺探索51
• 5.6 本章小结51-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 6.1 论文总结53-54
• 6.2 研究展望54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 个人简历、攻读硕士学位期间的专利申请情况61

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