大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研制

【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。 【关键词】：太阳能电池 染料敏化 大面积 组件
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 研究背景12
• 1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构及物理模型12-17
• 1.2.1 TiO_2纳米薄膜电极14
• 1.2.2 敏化染料14-15
• 1.2.3 电解质15-16
• 1.2.4 对电极16-17
• 1.3 染料敏化太阳能电池的工作原理及评估方法17-19
• 1.3.1 DSC的工作原理17-18
• 1.3.2 DSC的评估方法18-19
• 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19-27
• 1.4.1 国内大面积DSC的研究成果19-24
• 1.4.2 国外大面积DSC的研究成果24-27
• 1.4.3 大面积DSC存在的问题27
• 1.5 本课题的研究内容及意义27-30
• 第二章 大面积单条DSC的制作与性能研究30-44
• 2.1 大面积单条DSC的设计30-31
• 2.1.1 大面积单条DSC结构设计30-31
• 2.1.2 大面积单条DSC制作工艺设计31
• 2.2 实验部分31-35
• 2.2.1 实验主要原材料及仪器设备31-33
• 2.2.2 大面积单条DSC的制作33-34
• 2.2.3 大面积单条DSC的测试34-35
• 2.3 实验结果及分析35-42
• 2.3.1 Ag电极的引入对单条DSC性能的影响35-36
• 2.3.2 对TiO_2膜电极进行TiCl_4处理对单条DSC性能的影响36-37
• 2.3.3 对TiO_2膜电极进行Nd(NO_3)_3污处理对单条DSC性能的影响37-38
• 2.3.4 不同背景对单条DSC性能的影响38-39
• 2.3.5 Ag电极的电阻对单条DSC性能的影响39-40
• 2.3.6 对电极对单条DSC性能的影响40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 大面积并联DSC的制作与性能研究44-54
• 3.1 大面积并联DSC的设计44-46
• 3.1.1 大面积并联DSC结构设计44-45
• 3.1.2 大面积并联DSC制作工艺设计45-46
• 3.2 实验部分46-47
• 3.2.1 实验主要原材料及仪器设备46
• 3.2.2 大面积并联DSC的制作46-47
• 3.2.3 大面积并联DSC的测试47
• 3.3 实验结果及分析47-52
• 3.3.1 TiO_2粒径对并联DSC性能的影响47-48
• 3.3.2 反射层的引入对并联DSC性能的影响48-50
• 3.3.3 大面积并联DSC稳定性研究50-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 结论54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 作者和导师简介62

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