TiO_2浆料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSSC)是一种新型太阳电池,其制作工艺简单、成本低、性能稳定且无污染,具有广阔的应用前景。本文采用研磨法和水热法制备了TiO2浆料。并以导电玻璃为基底,通过丝网印刷法制备出TiO2光阳极薄膜。然后组装成电池,对其光电转换效率进行了测试与分析。并以性能较好的TiO2浆料作为光阳极活性层材料,研究磁控溅射阻挡层、丝网印刷散射层浆料对DSSC性能的影响,制备出稳定且高效的DSSC。在研磨法制备TiO2浆料方面,研究了固含量对TiO2浆料及DSSC性能的影响。并在最佳的固含量条件下,研究了HNO3处理P25粉和掺入不同比例的介孔TiO2对浆料、光阳极薄膜的质量以及DSSC性能的影响。结果表明,浆料中TiO2固含量为18%左右时,浆料性能最好：HNO能有效分散TiO2颗粒,提高薄膜的孔隙率；介孔TiO2：P25=2：8时,所制作的DSSC性能最好,由5.07%提高到5.47%。在水热法制备TiO2浆料方面,探究了钛酸异丙酯水解pH值、水解浓度、水热合成温度及时间四个因素对TiO2物相、形貌、晶粒尺寸的影响,以及对电池性能的影响,优化了实验的工艺参数。在最佳工艺参数组合的条件下所制备的DSSC光电转化效率达到5.87%,与其他参数下所制备的电池相比有很大的提高。最后对浆料的稳定性进行了测试。以性能较好的TiO2浆料作为光阳极活性层材料,在此基础上对光阳极进行工艺优化。首先采用磁控溅射的方法在导电玻璃上先沉积致密TiO2阻挡层,探索不同厚度的阻挡层对DSSC性能的影响。并在最优厚度阻挡层的基础上,探究200nmTiO2大颗粒浆料和400nmTiO2介孔球浆料散射层对DSSC性能的影响,结果表明,400nm散射层的效果更明显,使电池的光电转换效率由6.09%提高到6.85%,提高了12%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO_2浆料 研磨法 水热法 优化
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 太阳能电池的研究背景11-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池概述12-18
• 1.2.1 DSSC的结构组成及工作原理12-15
• 1.2.2 DSSC的性能指标15-16
• 1.2.3 影响DSSC性能指标的因素16-18
• 1.3 纳米TiO_2浆料的制备方法研究进展18-19
• 1.3.1 研磨法制备TiO_2浆料18
• 1.3.2 水热法制备TiO_2浆料18-19
• 1.3.3 其他方法制备TiO_2浆料19
• 1.4 染料敏化太阳能电池光阳极研究进展19-20
• 1.5 本课题研究的内容及意义20-23
• 第2章 样品的制备及性能测试方法23-29
• 2.1 实验原料23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 DSSC制备流程24-26
• 2.4 表征与测试方法26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 研磨法制备TiO_2浆料及其应用29-45
• 3.1 TiO_2浆料的制备29-30
• 3.2 TiO_2浆料固含量对DSSC性能的影响30-34
• 3.2.1 热重-差热实验分析30-32
• 3.2.2 薄膜的表面形貌分析32-33
• 3.2.3 DSSC的光电性能测试33-34
• 3.3 HNO_3处理对TiO_2浆料及DSSC性能的影响34-37
• 3.3.1 TiO_2薄膜的相结构表征34-35
• 3.3.2 薄膜的表面形貌分析35-36
• 3.3.3 紫外-可见光光谱分析36
• 3.3.4 DSSC的光电性能测试36-37
• 3.4 介孔TiO_2对浆料及DSSC性能的影响37-44
• 3.4.1 介孔TiO_2的表面形貌分析38
• 3.4.2 薄膜的表面形貌分析38-39
• 3.4.3 紫外-可见光光谱分析39-42
• 3.4.4 DSSC的光电性能测试42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 水热法制备TiO_2浆料及其应用45-57
• 4.1 TiO_2浆料的制备45-47
• 4.2 实验结果分析与讨论47-54
• 4.2.1 TiO_2的相结构表征47-48
• 4.2.2 薄膜的表面形貌分析48-49
• 4.2.3 染料吸附量的测定49-51
• 4.2.4 DSSC的光电性能测试51-54
• 4.3 TiO_2浆料的稳定性研究54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 染料敏化太阳能电池光阳极的优化57-71
• 5.1 阻挡层对DSSC性能的影响57-64
• 5.1.1 阻挡层的制备57-58
• 5.1.2 TiO_2阻挡层的相结构表征58-59
• 5.1.3 TiO_2阻挡层的形貌分析59-60
• 5.1.4 紫外-可见光光谱分析60
• 5.1.5 单色光光电转换效率测试60-61
• 5.1.6 DSSC的光电性能测试61-64
• 5.2 散射层对DSSC性能的影响64-70
• 5.2.1 散射层的制备64
• 5.2.2 TiO_2散射层的形貌分析64-65
• 5.2.3 紫外-可见光光谱分析65-68
• 5.2.4 单色光光电转换效率测试68
• 5.2.5 DSSC的光电性能测试68-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士期间论文发表情况81

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