染料敏化太阳能电池阳极薄膜的制备及性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池是一种工作原理完全有别于传统硅太阳能电池的新型太阳能电池,具有高效率低成本的特点,被誉为传统硅太阳能电池的的有力替代者。半导体阳极薄膜的制备技术是染料敏化太阳能电池的核心之一,其质量直接决定染料敏化太阳能电池的性能。因此研究制备具有高光电性能的半导体阳极薄膜具有重要的应用价值和理论意义。 本文针对染料敏化太阳能电池阳极薄膜制备及结构上存在的问题,采用聚合诱导相分离方法制备了具有“旋节相分离结构”的光阳极薄膜。该光阳极薄膜的特点在于：(1)具有独特的旋节相分离结构,使其保持较高的比表面积,有利于敏化染料的吸附；(2)由于具有连续的TiO2骨架,所以能够减小晶界的阻碍,提高光电转换效率；(3)聚合诱导相分离方法成本低廉、操作简单、不受环境影响、薄膜重复率高,便于多孔电极的制备。重点研究了各种反应条件对阳极薄膜结构的影响及规律,初步建立薄膜结构与反应条件之间的关系；通过对薄膜形成过程的研究,探索形成机理,初步认为形成连续TiO2骨架结构的驱动力是在薄膜干燥形成较硬的涂层过程中的薄膜表面应力不匹配性。研究中还同时使用两种单体制备薄膜,并获得了兼具有旋节相分离结构和多孔结构的TiO2薄膜。热处理温度、时间以及薄膜的镀膜次数对TiO2薄膜的光催化性能有重要的影响。热处理条件为500℃热处理10min以及镀膜次数七次的薄膜均显示了对亚甲基蓝优良的光催化特性。将本研究制备的TiO2薄膜用作染料敏化太阳能电池的光阳极,发现薄膜厚度的增加有利于比表面积增大,还可以弥补薄膜中存在的部分缺陷,促进TiO2骨架连接更紧密,最终提高了电池的光电性能。兼具有旋节相分离和多孔两种结构的阳极薄膜中,旋节相分离结构提高了电子的传输效率,多孔结构提高了薄膜对染料的吸附,故而有效地提高了电池的光电性能。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2薄膜 光聚合诱导相分离 旋节相分离结构
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池及其发展概况12-19
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构12
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理12-13
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的性能参数13-15
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池各部分的发展现状15-19
• 1.3 染料敏化太阳能电池阳极薄膜的制备19-22
• 1.3.1 溶胶凝胶法19-20
• 1.3.2 电化学沉积法20-21
• 1.3.3 水热法21
• 1.3.4 模板法21-22
• 1.3.5 聚合诱导相分离法22
• 1.4 选题的依据及意义22-23
• 1.4.1 当前多孔纳米晶TiO_2薄膜研究存在的问题22-23
• 1.4.2 实验设计及方案23
• 1.4.3 研究意义23
• 1.5 本论文的主要研究内容23-25
• 第2章 旋节相分离结构TiO_2薄膜的制备及表征25-33
• 2.1 实验部分25-27
• 2.1.1 实验药品25
• 2.1.2 实验仪器25-26
• 2.1.3 实验过程26-27
• 2.1.4 表征仪器27
• 2.2 结果与讨论27-32
• 2.2.1 电镜分析27-28
• 2.2.2 热重分析28-29
• 2.2.3 X射线衍射分析29
• 2.2.4 傅立叶变换红外光谱分析29-30
• 2.2.5 紫外-可见光谱分析30-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 具有旋节相分离结构TiO_2薄膜微结构调控及形成机理33-53
• 3.1 溶胶配比对TiO_2薄膜微结构的影响33-45
• 3.1.1 水用量的影响34-36
• 3.1.2 HNO_3用量的影响36-38
• 3.1.3 DMF用量的影响38-40
• 3.1.4 AM用量的影响40-41
• 3.1.5 PVP用量的影响41-43
• 3.1.6 EtOH用量的影响43-45
• 3.2 镀膜层数对旋节相分离TiO_2薄膜微结构的影响45-47
• 3.3 单体种类对旋节相分离TiO_2薄膜微结构的影响47-51
• 3.3.1 共同使用AM与POGTA作反应单体47-48
• 3.3.2 共同使用AM与PETA作反应单体48-49
• 3.3.3 双光单体双层薄膜制备49-51
• 3.4 具有旋节相分离结构TiO_2薄膜的形成机制51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 具有旋节相分离结构TiO_2薄膜的光催化性能研究53-64
• 4.1 光催化实验53-54
• 4.1.1 实验药品与器材53
• 4.1.2 实验方法与装置53-54
• 4.1.3 表征仪器54
• 4.2 薄膜光催化性能的影响因素54-62
• 4.2.1 热处理温度对薄膜光催化性能的影响54-59
• 4.2.2 镀膜层数对薄膜光催化性能的影响59-61
• 4.2.3 不同种类光单体溶胶对薄膜光催化性能的影响61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 染料敏化太阳能电池的组装及性能研究64-72
• 5.1 染料敏化太阳能电池光阳极薄膜制备64-65
• 5.2 染料敏化太阳能电池的组装及性能测试65-66
• 5.2.1 实验药品与器材65-66
• 5.2.2 实验方法与装置66
• 5.2.3 表征仪器66
• 5.4 染料敏化太阳能电池的光电性能66-70
• 5.4.1 采用L1-L7薄膜作为光阳极组装电池的光电性能66-68
• 5.4.2 采用L6-1薄膜和L7-1薄膜作为光阳极组装电池的光电性能68-69
• 5.4.3 采用B1和L1-1薄膜作为光阳极组装电池的光电性能69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第6章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-83
• 致谢83

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