染料敏化太阳能电池的制备与测试研究

【摘要】：目前市场上最普遍的太阳能电池产品是硅基太阳能电池，但是它的生产成本比较高，且易造成环境的污染，很难被更大规模的使用。染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的光电化学电池，由于其价格便宜，制作工艺简单、对环境友好且可制成大面积等优点而成为当前可再生能源研究领域的一个热点，具有很好的应用前景。 本文在详细分析DSSC工作机理的基础上，对DSSC的制备流程进行了有效优化，制备了品质较好的DSSC，并对DSSC的性能进行了测试与研究。首先，从DSSC的基础工艺出发，对其制作工艺，尤其是光阳极的处理方法进行了优化，研究包括光阳极的刮涂制备(厚度、光散射层)、热处理温度等，对其形貌与结构性质及器件性能的影响。接着对DSSC的短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)、光电转换效率()等主要性能参数进行测试，采用Sunlyn film封装方法，研究器件的长期稳定性及相关参数的变化规律，初步得出影响器件寿命的关键因素。最后采用面积优化、热活化温度优化、表面氧化层处理(Ag+掺杂)等方法，实现了器件性能的提升，并初步研究了其性能改善的器件物理机制。从实验中我们发现，DSSC的光电性能与TiO2薄膜面积密切相关，当TiO2薄膜超过一定面积时，电池各项性能参数都呈下降趋势；当热活化温度为450℃，获得的DSSC性能最佳；采用光催化置换法在TiO2电极镀上薄层纳米银颗粒能有效提高DSSC性能。 这些研究成果为今后进一步优化DSSC的制备流程、提高DSSC光电转换效率、促进DSSC实用化进程打下了基础。 【关键词】：DSSC TiO_2薄膜面积 热活化温度 Ag~+掺杂
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9
• 1.2 发展现状9-10
• 1.3 太阳能电池的分类10-14
• 1.3.1 硅基太阳能电池11
• 1.3.2 化合物薄膜太阳能电池11-12
• 1.3.3 聚合物太阳能电池12-13
• 1.3.4 染料敏化太阳能电池13-14
• 1.4 研究意义14-15
• 1.5 论文研究内容及结构15-17
• 第2章 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理17-29
• 2.1 染料敏化太阳能电池的结构17-26
• 2.1.1 光阳极17-21
• 2.1.2 染料21-24
• 2.1.3 电解质24-25
• 2.1.4 光阴极25
• 2.1.5 封装材料25-26
• 2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 染料敏化太阳能电池的制备29-36
• 3.1 制备工艺流程29
• 3.2 光阳极的制备29-31
• 3.3 染料的配制31
• 3.4 Pt 电极处理31-32
• 3.5 器件组装32-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 染料敏化太阳能电池的测试36-46
• 4.1 测试环境36-37
• 4.2 载流子寿命37-38
• 4.3 入射单色光子-电子转换效率（IPCE）38-39
• 4.4 I-V 曲线39-45
• 4.4.1 开路电压(Voc)40-41
• 4.4.2 短路电流(Isc)41-43
• 4.4.3 填充因子(Fill Factor, FF)43
• 4.4.4 光电转换效率43-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 染料敏化太阳能电池性能优化46-56
• 5.1 二氧化钛面积与 DSSC 光电性能关系46-49
• 5.1.1 实验46-48
• 5.1.2 测试结果与分析48-49
• 5.2 热活化温度对 DSSC 光电性能的影响49-52
• 5.2.1 实验49-50
• 5.2.2 测试结果与分析50-52
• 5.3 离子(Ag~+)掺杂对 DSSC 光电性能的影响52-55
• 5.3.1 实验52-53
• 5.3.2 测试结果与分析53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 总结与展望56-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录 A：硕士研究生在读期间发表的论文64-65
• 附录 B：部分测试数据65-71

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