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柔性染料敏化太阳能电池的初步探索研究

作　者: 杨振华
导　师: 张存善；张晓丹
学　校: 河北工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 柔性染料敏化太阳电池 TiO2薄膜 TTIP 柔性对电极
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


太阳能作为一种清洁可持续能源,日益受到人们的青睐。本文综合阐述了太阳电池的发展历史,太阳电池的材料、结构,发展状况及存在的问题等内容。在此基础上,为了拓宽太阳电池的应用范围,探索柔性敏化太阳电池的制备条件和性能之间的关系。首先,本论文对柔性染料敏化太阳电池低温制备工艺进行了研究。考虑到TTIP（钛酸正丁酯）是一种钛的高分子有机物,容易潮解,且与水水解生成TiO2。通过乙二醇乙醚、TTIP与P25粉混合、研磨,配置成TiO2浆料,然后涂覆在柔性PEN导电衬底上。自然晾干后在50℃的去离子水中水解10min。最后在140℃条件下烧结4h。对其结构和性能的研究表明,TTIP用量是Ti02薄膜质量以及TiO2与基板的结合程度的决定因素,进而也影响着电极的光电化学性能。0.5 g P25 TiO2纳米粉中添0.12ml的TTIP,可使电池的光电性能以及基板与薄膜之间的稳定性达到最佳。采用TTIP用于制作柔性染料敏化太阳电池的光阳极是本文的一个创新点。接着,研究了其他因素对柔性TiO2薄膜质量的影响。1.比较了采用无水乙醇和乙二醇乙醚作为分散剂对柔性TiO2薄膜质量的影响,研究表明采用乙二醇乙醚作为分散剂制备出的柔性TiO2薄膜质量明显优于采用无水乙醇作为分散剂制作的柔性TiO2薄膜。2.比较了是否有水解对制备柔性TiO2薄膜的影响。研究表明有水解制作出的柔性TiO2薄膜质量明显优于无水解制作的柔性TiO2薄膜。3.研究了烧结温度对柔性TiO2薄膜质量的影响。研究表明烧结温度越高电池的光电性能越好,又考虑到柔性衬底所能承受的温度,所以本实验将烧结温度定在140℃,烧结时间4h,以保证有机残余物完全分解。4.研究了薄膜厚度对柔性TiO2薄膜质量的影响。实验证明TiO2薄膜厚度在14μm时,制作的电池的光电性能最佳,过薄过厚都会使电池的光电性能下降。最后,本文对柔性对电极做出了初步的研究。本文采用溅射的方法制作柔性染料敏化太阳电池对电极,分析了不同溅射时间制作的柔性对电极对整个染料电池光电性能的影响,研究表明溅射时间为10min时效果最佳,溅射时间过长或过短都会引起电池光电性能的下降。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  §1-1 太阳电池的国内外研究现状  10
  §1-2 柔性染料敏化太阳电池的研究及发展  10-12
    §1-2-1 概述  10-11
    §1-2-2 柔性染料敏化太阳电池的研究进展  11-12
  §1-3 柔性染料敏化太阳电池的进展  12-14
    §1-3-1 染料敏化太阳电池的结构  12-13
    §1-3-2 染料敏化太阳电池的工作原理  13-14
  §1-4 选题的目的和意义  14
  §1-5 本论文的研究内容  14-16
第二章 柔性染料敏化太阳电池的制备与表征  16-20
  §2-1 实验原料及设备  16-17
    §2-1-1 实验原料  16
    §2-1-2 实验设备  16-17
    §2-1-3 测试仪器  17
  §2-2 染料敏化太阳电池的制备  17-18
    §2-2-1 TiO_2 薄膜的制备  17
    §2-2-2 染料敏化电极的制备  17
    §2-2-3 电池组装  17-18
    §2-2-4 电池测试  18
  §2-3 电极的性能表征  18
    §2-3-1 扫描电镜（SEM）  18
    §2-3-2 透射电镜（TEM）  18
    §2-3-3 X 射线衍射（XRD）  18
    §2-3-4 热分析（DSC-TGA）  18
    §2-3-5 比表面积和孔径测定（BET）  18
    §2-3-6 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）  18
  §2-4 柔性染料敏化太阳电池性能测试  18-20
第三章 TTIP 对柔性 DSC 光阳极的影响  20-28
  §3-1 柔性PEN 衬底的热、光、电特性  20-22
    §3-1-1 柔性衬底的热特性  20-21
    §3-1-2 导电柔性衬底的光学特性及与导电玻璃之比较  21
    §3-1-3 所用柔性衬底涂覆 TCO 膜后的电学参数  21-22
  §3-2 不同TTIP 用量对柔性DSC 光阳极的影响  22-26
    §3-2-1 不同TTIP 用量制作的柔性TiO_2薄膜电极的表面形貌  22-23
    §3-2-2 不同TTIP 用量制作的柔性TiO_2 薄膜电极的紫外可见光谱分析  23
    §3-2-3 不同TTIP 含量对柔性染料敏化太阳电池的光电性能  23-26
  §3-3 本章小结  26-28
第四章 其他因素对柔性 DSC 光阳极的影响  28-40
  §4-1 分散剂对柔性TiO_2薄膜制备的影响  28-30
    §4-1-1 不同分散剂制备柔性TiO_2薄膜的SEM  28-29
    §4-1-2 不同分散剂制备柔性TiO_2薄膜的I-V 特性曲线  29-30
  §4-2 水解对柔性TiO_2薄膜制备的影响  30-32
    §4-2-1 水解TTIP 制备的TiO_2薄膜的XRD  30
    §4-2-2 水解TTIP 制备柔性TiO_2薄膜的SEM  30-31
    §4-2-3 水解TTIP 制备柔性TiO_2薄膜的I-V 特性曲线  31-32
  §4-3 烧结温度对柔性TiO_2薄膜制备的影响  32-35
    §4-3-1 不同烧结温度制备柔性TiO_2薄膜的SEM 图  32-33
    §4-3-2 不同烧结温度制备柔性TiO_2薄膜的I-V 特性曲线  33-35
  §4-4 薄膜厚度对柔性TiO_2薄膜制备的影响  35-38
  §4-5 本章小结  38-40
第五章 柔性 DSC 对电极的研究及优化  40-45
  §5-1 柔性PEN 衬底的光、热、电特性  40
    §5-1-1 柔性PEN 衬底的热特性  40
    §5-1-2 柔性PEN 衬底的光特性  40
    §5-1-3 柔性PEN 衬底的电特性  40
  §5-2 柔性对电极的制备及优化  40-44
    §5-2-1 不同溅射时间制作出的柔性PEN 对电极的SEM 图  40-41
    §5-2-2 不同溅射时间制作出的柔性PEN 对电极组装成电池的I-V 特性曲线  41-44
  §5-3 本章小结  44-45
第六章 结论  45-46
参考文献  46-49
致谢  49-50
攻读学位期间所取得的相关科研成果  50

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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