柔性染料敏化太阳能电池TiO_2电极的低温制备及性能表征

【摘要】： 柔性染料敏化太阳能电池是以透明导电塑料薄膜为衬底的,由于其能减轻太阳能电池的重量和降低成本,引起了人们的广泛关注。但柔性的导电衬底不耐高温,采用低温方法制备TiO_2薄膜电极具有重要的意义。 采用紫外处理低温烧结和常压水热两种低温方法制备柔性TiO_2薄膜电极,为了进一步优化柔性薄膜电极的光电性能,将水热合成法制备的TiO_2纳米管以不同比例与P25混合,制备了纳米管复合电极。通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO_2纳米管进行了表征,用傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、紫外可见光仪(UVSP)、场发射扫描电镜(FESEM)对TiO_2薄膜电极及纳米管复合电极进行表征,并测试了电极组装电池的光电性能。 研究表明:两种方法制备的电极均为一种多孔结构,不含有机物;并且敏化电极吸收光谱的吸光度增大;紫外处理低温烧结法制备电极组装柔性电池的短路电流为4.9mA,其光电转换效率为1.28%。而水热法制备电极组装柔性电池的稳定性较好,虽然其短路电流为2.60mA,但光电转换效率为1.32%。150℃48h制备TiO_2纳米管其直径为10nm、长度为0.5~1μm、比表面积为405.8cm2/g,用该纳米管掺杂的薄膜电极光电性能较好;400℃热处理后,该纳米管光电性能最佳;掺杂5%400℃烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%。 【关键词】：柔性染料敏化太阳能电池 TiO_2薄膜电极 紫外处理 常压水热 纳米管 光电性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 引言13-14
• 1.1.1 太阳能电池的发展13-14
• 1.1.2 太阳能电池的种类14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理14-16
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构14-15
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理15-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展16-20
• 1.3.1 TiO_2 薄膜电极的研究进展16-19
• 1.3.2 染料和电解质的研究进展19-20
• 1.4 柔性染料敏化太阳能电池的发展20-23
• 1.4.1 概述20-21
• 1.4.2 柔性TiO_2 薄膜电极的研究进展21-23
• 1.5 本论文的研究内容23-24
• 第二章 紫外处理低温烧结法制备柔性TiO_2薄膜电极24-38
• 2.1 紫外处理低温烧结柔性TiO_2 薄膜电极25-26
• 2.1.1 试验原料及仪器25-26
• 2.1.2 柔性导电衬底的清洗26
• 2.1.3 柔性TiO_2 薄膜电极制备工艺过程26
• 2.2 柔性染料敏化太阳能电池的组装26-27
• 2.2.1 染料敏化柔性TiO_2 薄膜电极26
• 2.2.2 电解液的配制26
• 2.2.3 电池组装26-27
• 2.3 柔性TiO_2 薄膜电极的表征及其组装的电池测试27-29
• 2.3.1 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）测试27
• 2.3.2 透射电镜（TEM）27
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）27-28
• 2.3.4 场发射扫描电镜（FESEM）28
• 2.3.5 柔性染料敏化太阳能电池的测试28-29
• 2.4 结果与讨论29-37
• 2.4.1 TiO_2 粒子HNO_3 处理前后的FTIR 分析29-30
• 2.4.2 TiO_2 粒子HNO_3 处理前后的TEM 观察30-31
• 2.4.3 紫外处理前后柔性TiO_2 薄膜电极的红外分析31-32
• 2.4.4 N719 和柔性TiO_2 薄膜电极的紫外可见光谱分析32-35
• 2.4.5 TiO_2 薄膜电极的表面形貌35
• 2.4.6 TiO_2 薄膜电极组装成柔性电池的光电性能35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 常压水热法制备柔性TiO_2薄膜电极38-53
• 3.1 常压水热制备柔性TiO_2 薄膜电极38-39
• 3.1.1 试验原料及仪器38
• 3.1.2 柔性TiO_2 薄膜电极制备的工艺过程38-39
• 3.1.3 不同染料敏化柔性TiO_2 薄膜电极39
• 3.2 柔性染料敏化太阳能电池的组装及相关测试39-40
• 3.3 结果与讨论40-52
• 3.3.1 钛酸正丁酯溶胶电极的晶型40-41
• 3.3.2 钛酸正丁酯溶胶水解粒子的形貌41-42
• 3.3.3 钛酸正丁酯溶胶电极的BET 分析42-43
• 3.3.4 柔性TiO_2 薄膜电极的红外分析43
• 3.3.5 柔性TiO_2 薄膜电极的表面形貌43-44
• 3.3.6 柔性TiO_2 薄膜电极的紫外可见光谱分析44-45
• 3.3.7 柔性TiO_2 薄膜电极组装电池的光电性能45-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 水热法制备纳米管复合薄膜电极53-68
• 4.1 TiO_2 纳米管及柔性TiO_2 纳米管薄膜电极54-55
• 4.1.1 试验原料及仪器54-55
• 4.1.2 TiO_2 纳米管的制备55
• 4.1.3 柔性TiO_2 纳米管复合薄膜电极的制备55
• 4.2 表征及测试55-56
• 4.3 结果与讨论56-67
• 4.3.1 TiO_2 纳米管的能谱分析56
• 4.3.2 TiO_2 纳米管的表面形貌56-58
• 4.3.3 TiO_2 纳米管的BET 分析58-59
• 4.3.4 TiO_2 纳米管的XRD 分析59-61
• 4.3.5 TiO_2 纳米管的热稳定性61-62
• 4.3.6 TiO_2 纳米管薄膜电极的表面形貌62
• 4.3.7 TiO_2 纳米管薄膜电极的光电性能62-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 本论文的主要结论68-69
• 5.1.1 TiO_2 薄膜电极68
• 5.1.2 TiO_2 纳米管薄膜电极68-69
• 5.2 展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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