染料敏化太阳能电池制备方法及影响因素的研究

【摘要】：随着能源危机的日益严峻，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源而引起了人们的更多关注。而利用电池将光能转换成电能，成为人们研究的热点。其中，染料敏化太阳能电池因具有生产成本相对较低、制备工艺简单及对环境友好等优点，吸引了国内外科研工作者的研究兴趣。 本论文工作首先以商业化的P25为TiO_2粉体，松油醇为溶剂，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂，聚乙二醇-600(PEG-600)为表面活性剂，制备了TiO_2浆料，分别运用刮刀法和料浆喷涂法制备了TiO_2膜，以N719为染料来敏化TiO_2膜，并以I~-/I_3~-作为氧化还原电对，分别采用乙醇水溶液(50V%水和50V%乙醇)，碳酸丙烯酯乙醇溶液(50V%乙醇和50V%碳酸丙烯酯)及甲氧基丙腈三种不同的溶剂体系来制备电解质，采用磁控溅射制备了不同铂层厚度的对电极，组装电池。并结合I-V曲线测试系统，紫外可见分光光度计，X射线衍射仪(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，能量色散X射线荧光光谱仪(EDX)，电化学工作站及红外分光光度计等仪器对TiO_2膜和电池性能进行测试。通过对制备工艺和条件的优化，最终使电池的光电转换效率从1.44%提高到了3.42%。 随后，采用一种新型的工艺—离心沉降法制备了TiO_2膜。通过对TiO_2悬浮液所选用的分散介质、超声分散时间、离心沉降次数、离心时间、所取悬浮液的体积以及相同体积的分散介质对TiO_2颗粒的分散情况等因素的考察，成功地采用离心沉降法制备了TiO_2光阳极，组装电池并测试性能。最终获得了8.14mA/cm~2的短路电流密度和3.82%的光电转换效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 染料 TiO_2膜 对电极 阻抗
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 太阳能电池9
• 1.2 染料敏化太阳能电池9-20
• 1.2.1 DSSC 的结构与工作原理9-12
• 1.2.2 DSSC 的性能指标12-15
• 1.2.3 DSSC 的各组件15-20
• 1.3 本论文的研究内容和创新之处20-21
• 1.3.1 本论文的研究内容20
• 1.3.2 本论文的创新之处20-21
• 第二章 实验中用到的主要试剂、仪器和性能测试21-25
• 2.1 主要实验试剂及仪器21-23
• 2.1.1 主要试剂和材料21-22
• 2.1.2 主要仪器设备及其规格22-23
• 2.2 主要性能测试23-25
• 2.2.1 J-V 曲线23
• 2.2.2 电化学阻抗谱23-24
• 2.2.3 染料吸附量24
• 2.2.4 微观结构与表面元素分析24-25
• 第三章 采用刮刀法与料浆喷涂法制备的 DSSC 及其性能的研究25-63
• 3.1 引言25-26
• 3.2 实验26-32
• 3.2.1 DSSC 的制备26-30
• 3.2.2 DSSC 性能的测试30-32
• 3.3 结果与讨论32-60
• 3.3.1 TiO_2膜微观结构的分析32
• 3.3.2 浸染料时间对 DSSC 性能的影响32-35
• 3.3.3 对电极中铂层厚度对 DSSC 性能的影响35-37
• 3.3.4 PVB(aq)添加量对刮刀法制备的 DSSC 性能的影响37-43
• 3.3.5 不同电解质体系及 PVB(aq)添加量对 DSSC 性能的影响43-49
• 3.3.6 不同工艺及 PVB(aq)添加量对 DSSC 性能的影响49-54
• 3.3.7 PEG-600 添加量对 DSSC 性能的影响54-60
• 3.4 本章小结60-63
• 第四章 离心沉降法制备纳米 TiO_2薄膜及其性能测试63-79
• 4.1 引言63-64
• 4.2 实验64-66
• 4.2.1 TiO_2膜的制备64-66
• 4.2.2 DSSC 的组装及其性能测试66
• 4.3 结果与讨论66-77
• 4.3.1 离心时间对 DSSC 性能的影响66-70
• 4.3.2 TiO_2悬浮液体积对 DSSC 性能的影响70-73
• 4.3.3 TiO_2悬浮液的不同配比对 DSSC 性能的影响73-77
• 4.4 本章小结77-79
• 总结79-81
• 参考文献81-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-93
• 答辩委员会对论文的评定意见93

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