真空辅助染料吸附和工作电极中的尖劈微结构对染料敏化太阳能电池性能的影响

【摘要】：染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells, DSSC)具有低成本、制作工艺简单等诸多优势,被认为是非常具有应用前景的下一代太阳能电池。然而,目前染料敏化太阳能电池的效率远远没有达到其理论效率。本论文主要从改进染料吸附工艺和在工作电极中引入尖劈光散射微结构两个角度改善电池的性能。主要研究工作包括以下两个方面： (1)提出了真空辅助的染料吸附新方法以提高染料吸附量。 实验上研究了真空辅助染料吸附工艺对Ti02薄膜染料吸附量以及电池性能的影响。与非真空辅助染料吸附工艺相对比,真空辅助染料吸附工艺最终使得染料吸附量增加了20.7%,电池短路电流密度增大了29%,光电转换效率提高了32%,且真空辅助染料吸附工艺不影响少数载流子的寿命。真空辅助染料吸附工艺提高电池性能的机理是,真空辅助能够去除Ti02薄膜纳米孔中的残留空气,实现染料溶液与纳米颗粒表面充分接触,从而提高染料的吸附量。 (2)在工作电极内引入新型尖劈光散射微结构以提高入射光的利用效率。 实验研究了尖劈微结构引入Ti02薄膜的方法及其光散射性质和对电池性能的影响。采用Si02尖劈通过微压印工艺成功在Ti02薄膜内部制备了尖劈微结构,将其性能与不含有尖劈微结构的Ti02薄膜进行了对比。研究结果表明,在同样厚度的条件下,尖劈微结构的引入并不影响电池的开路电压,但由于降低了Ti02薄膜的密度,使得Ti02薄膜的染料吸附量减少,从而降低了电池的短路电流密度；同时,尖劈微结构的散射作用使得电池对可见光波段的光捕获能力大大增强,填充因子明显提高；综合上述两个因素,最终获得了与不含有尖劈微结构的电池相近的光电转换效率。这一结果的意义在于,在相同光电转换效率的前提下,尖劈微结构的引入可以降低昂贵的染料的使用量,从而为染料敏化太阳能电池的更低成本化提供了一个新的途径。 【关键词】：
【学位授予单位】：南京大学
【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
• 第一章 前言8-12
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 问题的提出9-10
• 1.3 本文的工作10-11
• 参考文献11-12
• 第二章 微结构提高DSSC电池效率的研究现状12-23
• 2.1 DSSC电池的结构与原理12-15
• 2.2 微结构提高DSSC电池效率的方法15-20
• 2.2.1 通过微结构散射提高入射光利用效率16-17
• 2.2.2 通过微结构提高反射光利用效率17-18
• 2.2.3 尖劈微结构的研究进展18-20
• 参考文献20-23
• 第三章 实验方法23-32
• 3.1 样品衬底及其预处理23-24
• 3.1.1 清洗23
• 3.1.2 制孔23-24
• 3.2 染料敏化太阳能电池的制备24-27
• 3.2.1 TiO_2薄膜的制备24-25
• 3.2.2 染料吸附25-26
• 3.2.3 对电极溅射纳米金属铂26
• 3.2.4 DSSC封装26-27
• 3.3 染料敏化太阳能电池的测试27-31
• 3.3.1 材料可见光吸收谱透射谱测试27-28
• 3.3.2 TiO_2薄膜厚度测量和表面形貌表征28-29
• 3.3.3 DSSC Ⅰ-Ⅴ曲线的测量29
• 3.3.4 DSSC的瞬态光电压测量29-31
• 参考文献31-32
• 第四章 新型的真空辅助染料吸附方法32-43
• 4.1 真空辅助染料吸附方法32-34
• 4.2 真空辅助染料吸附对电池性能的影响34-39
• 4.3 小结39-40
• 参考文献40-43
• 第五章 尖劈光散射微结构制备及对电池性能的影响43-59
• 5.1 工作电极引入微结构的研究思想43-44
• 5.2 工作电极中尖劈微结构的制备与表征44-50
• 5.3 尖劈微结构对电池性能的影响50-55
• 5.3.1 大尺度尖劈微结构对电池性能的影响50-53
• 5.3.2 小尺度尖劈微结构对电池性能的影响53-55
• 5.4 小结55-57
• 参考文献57-59
• 第六章 结论59-60
• 攻读硕士学位期间论文发表与专利申请60-61
• 致谢61-62

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