大面积染料敏化太阳能电池的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell，简称DSC）的历史可以追溯到二十年前。就发展历史而言，是一种在实验室已经相对成熟的技术。由于其制造成本低廉，工艺简单，效率已稳定突破10%，DSC在新型太阳能电池中的前景被普遍看好。然而，在DSC从实验室走向产业化的过程中出现了许多瓶颈，比如效率下降严重，长期稳定性不佳，成为制约其实用化的重要因素。 大面积DSC的制作是DSC产业化的重要环节。DSC模块的设计与制作是大面积DSC制作的核心技术。目前DSC模块内连接的主要方式有并联，W–型串联和Z–型串联。针对串并联两种特性的模块内连接方式，首先利用由水热法制备的TiO_2配置而成的丝网印刷用浆料制备光阳极，在研究了优化的TiO_2光阳极介孔膜厚度，合适的基板和光阳极膜表面处理方式和染料加温浸泡工艺之后，制作了大面积并联模块和W–型串联模块。通过测试具有不同的电极，栅线以及封装尺寸的单电池，可以得到使单电池的效率最大的优化尺寸设计。通过多块模块串并联得到的电池组能够驱动小型器件的工作。 理论计算对于DSC模块的设计具有重要的指导意义。首先建立合适的模型，并且通过已知的实验数据拟合出模型中难以通过实验直接得到的参数。在拟合出的结果的基础上，将模型推广到模块的设计中，从而预测不同的模块设计的性能。通过不同设计模块的性能比较，可以得到各种模块的电极最优化设计。可靠的模型可以节约大量的时间和成本，并且指导模块的优化设计。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 大面积DSC 模块 拟合 模型
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第1章 引言7-25
• 1.1 选题的背景及意义7-9
• 1.2 DSC 以及 DSC 模块简介9-20
• 1.2.1 DSC 的基本结构9-12
• 1.2.2 DSC 的工作原理和表征方法12-13
• 1.2.3 DSC 的性能参数13-15
• 1.2.4 DSC 的光电转换效率测试方法15-17
• 1.2.5 DSC 的阻抗谱分析17-19
• 1.2.6 DSC 模块的内连接方式19-20
• 1.2.7 大面积 DSC 的有效面积比20
• 1.3 大面积 DSC 的研究进展20-22
• 1.3.1 导电基板20-21
• 1.3.2 封装剂21
• 1.3.3 模块内连接方式21-22
• 1.4 DSC 理论模拟的研究进展22-23
• 1.5 DSC 实用化的研究进展23
• 1.6 课题的研究目标和研究内容23-25
• 第2章 纳米 TiO_2的水热合成以及浆料的制备25-36
• 2.1 引言25-28
• 2.2 原料28
• 2.3 设备28
• 2.4 水热前躯体的制备28-30
• 2.5 水热生长30-31
• 2.6 水热反应温度对于 TiO_2的影响31-32
• 2.7 丝网印刷用 TiO_2浆料的制备32-35
• 2.7.1 丝网印刷制膜32-34
• 2.7.2 丝网印刷用 TiO_2浆料的制备34-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第3章 小面积 DSC 的制作36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 原料36
• 3.3 仪器设备36-37
• 3.4 TiO_2光阳极的丝网印刷37-39
• 3.5 对电极的制作39
• 3.6 小面积电池的组装39
• 3.7 TiCl_4处理对于电池性能的影响39-42
• 3.8 膜厚对于 DSC 性能的影响42-43
• 3.9 染料浸泡时间和温度对于 DSC 性能的影响43-45
• 3.10 本章小结45-46
• 第4章 DSC 模块的制作46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 原料46
• 4.3 仪器设备46
• 4.4 单条 DSC46-49
• 4.4.1 电池设计47-49
• 4.5 并联模块49-54
• 4.5.1 电极的制作49-51
• 4.5.2 封装51-52
• 4.5.3 测试方法与结果52-54
• 4.6 W–型串联模块54-58
• 4.6.1 基板导电层切割54-55
• 4.6.2 电极的制作55-56
• 4.6.3 封装56-57
• 4.6.4 测试结果57-58
• 4.7 模块阵列和驱动器件58-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第5章 DSC 电池和模块的计算模拟60-79
• 5.1 引言60
• 5.2 DSC 电路模型60-62
• 5.2.1 小面积 DSC 电路模型60-61
• 5.2.2 DSC 模块电路模型61-62
• 5.3 小面积 DSC 模型中参数的拟合62-65
• 5.4 模型中参数对于 I–V 曲线的影响65-70
• 5.4.1 饱和电流 I_066-67
• 5.4.2 光生电流 I_(ph)67-69
• 5.4.3 串联电阻 R_s69-70
• 5.5 电极面积对于电路中各组件参数的影响70-72
• 5.6 DSC 模块性能的模拟72-73
• 5.7 最优化模块设计的研究73-78
• 5.7.1 并联模块74-76
• 5.7.2 W–型串联模块76-77
• 5.7.3 Z–型串联模块77-78
• 5.8 本章小结78-79
• 第6章 结论79-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果88

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