学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

染料敏化太阳能电池中电极的制备与研究

作　者: 彭振康
导　师: 傅刚
学　校: 广州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 染料敏化太刚能电池 TiO2纳米管 阳极氧化 磁控溅射 铂电极 复阻抗 光电性能
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 214次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


染料敏化太阳能电池（DSSCs）是一种新型太阳能电池,它制作工艺简单、成本低廉和性能稳定,对环境友好,具有很好的应用前景,它在太阳能电池研究上具有重要意义。本论文主要围绕DSSCs电池中电极部分进行研究,通过阳极氧化制备了钛基TiO2纳米管电极和FTO基TiO2纳米管电极,并分别与Pt对电极组装成背光式和前光式两种染料敏化太阳能电池。探索了各组成部分对DSSCs电池转化效率的影响,制备出了光电转换效率超过4%的DSSCs电池。主要工作及结果如下:首先,以纯钛板为原料,采用阳极氧化法在HF电解液中控制不同实验条件制备TiO2纳米管阵列。研究表明,适宜的HF溶液的浓度为0.5wt%,阳极氧化时间为30min,在20V氧化电压下形成的TiO2纳米管阵列均匀有序,管长约为400nm管径约为100nm,管壁约厚15nm。其次,采用磁控溅射在FTO导电玻璃上沉积一层钛薄膜,适宜的参数为溅射功率200W,溅射气压为0.5Pa,基片预热温度为450℃,溅射时间2h,钛膜厚度约为1.2μm,表面均匀性好致密度高。采用阳极氧化方法制备了透明的TiO2纳米管阵列电极。在12V阳极氧化电压下,采用CH3COOH/HF混合电解液和冰浴条件,氧化时间控制在10～15min所得到的纳米管长度约为500nm,管径约50nm。然后,采用LDM-150D型离子溅射镀膜机在FTO表面沉积Pt膜制备透明Pt/FTO电极和不透明Pt/FTO电极的适宜溅射时间为10min和50min,晶化处理温度为450℃保温1h。复阻抗分析表明,随Pt层厚度增大,在FTO基片上测得的电阻值明显减小;电解液与Pt/FTO电极间的阻抗,由离子扩散过程决定。循环伏安法测量表明,Pt/FTO电极具有较好的催化性能,这种高的催化性能归因于该电极表面均匀分布的纳米Pt颗粒结构。最后,组装电池并测试其光电转化性能。本实验中所制备的前光式DSSCs的光电转换效率为4.34%,开路电压为0.82V,短路电流密度为10.26mA/cm2,填充因子达到51.6%。背光式DSSCs的光电转换效率为1.38%,开路电压为0.71V,短路电流密度为3.53mA/cm2,填充因子达到55.1%。对比两种结构的电池可以看出前光式DSSCs有明显的优势。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
CONTENT  11-13
第一章 绪论  13-24
  1.1 太阳能电池研究概况  13-16
    1.1.1 硅系列太阳能电池介绍  13-15
    1.1.2 其它化合物类太阳能电池  15
    1.1.3 染料敏化太阳能电池  15-16
  1.2 染料敏化太阳能电池工作原理与研究概况  16-20
    1.2.1 染料敏化太阳能电池工作原理  16-17
    1.2.2 染料敏化太阳能电池研究现状  17-20
  1.3 课题的研究内容与研究意义  20-24
    1.3.1 钛片上制备TiO_2纳米管  20
    1.3.2 FTO玻璃上制备TiO_2纳米管  20-21
    1.3.3 对电极的制备与分析  21
    1.3.4 组装背光式和前光式DSSCs及性能测试  21
    1.3.5 本研究所用的主要药品和实验设备  21-24
第二章 TIO_2纳米管阵列电极的制备与性能研究  24-43
  2.1 以钛片为基底制备TIO_2纳米管阵列电极  24-30
    2.1.1 钛基TiO_2纳米管阵列的制备过程  24-25
    2.1.2 结果及分析  25-29
    2.1.3 钛基TiO_2纳米管形成机理分析  29-30
  2.2 以FTO为基底制备透明TIO_2纳米管阵列电极  30-39
    2.2.1 磁控溅射镀膜法在FTO表面沉积Ti膜  30-36
      2.2.1.1 磁控溅射原理及设备介绍  31-32
      2.2.1.2 试验方法  32-33
      2.2.1.3 溅射参数的选择  33-36
    2.2.2 透明TiO_2纳米管阵列电极的制备  36-39
      2.2.2.1 阳极氧化实验方法  36
      2.2.2.2 结果及分析  36-39
  2.3 钛膜及TIO_2纳米管的晶型分析  39-41
  2.4 小结  41-43
第三章 对电极的制备与电性能测量  43-54
  3.1 铂电极的制备  43-45
    3.1.1 对电极的研究现状  43-44
    3.1.2 离子溅射制备铂对电极  44
    3.1.3 不同厚度Pt膜的制备参数  44-45
  3.2 铂电极的电性能测量  45-53
    3.2.1 Pt/FTO电极的阻抗分析  45-51
    3.2.2 循环伏安法测量  51-53
  3.3 小结  53-54
第四章 电池的组装与性能测试  54-61
  4.1 电池的组装  54
    4.1.1 TiO_2纳米管电极的染料敏化  54
    4.1.2 电解液的配置  54
    4.1.3 DSSCs的组装  54
  4.2 DSSCs电池的性能测试  54-59
    4.2.1 染料敏化太阳能电池的评价参数  55-57
    4.2.2 两种DSSCs的测量结果  57-59
  4.3 DSSCs中的光生电子的传输过程分析  59-60
  4.4 小结  60-61
第五章 主要结论及后续工作展望  61-63
  5.1 主要结论  61
  5.2 后续工作展望  61-63
参考文献  63-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
致谢  70

相似论文

  1. 功能化纳米二氧化钛多孔材料的制备、表征及性能研究,TB383.1
  2. LSGM电解质薄膜制备与电化学性能研究,TM911.4
  3. 一维纳米TiO2的制备及染料废水脱色研究,TB383.1
  4. 非氢类金刚石和非氢掺Si类金刚石碳膜的制备及性能研究,TB383.2
  5. 基于二氧化钒相变的二维可调带隙光子晶体,O734
  6. Ba0.8Sr0.2TiO3/CoFe2O4多铁薄膜的制备及性能研究,O484.1
  7. BiFeO3/Bi3.25La0.75Ti3O12双层多铁薄膜的制备及性能研究,O484.4
  8. 铜镍合金为衬底化学气相沉积法制备石墨烯研究,O484.1
  9. 磁控溅射制备氮化铜薄膜及其掺杂研究,O484.1
  10. IGZO薄膜的制备及性能研究,TB383.2
  11. 磁记录介质材料的研究,TB34
  12. TiO2纳米管的制备与改性及光催化性能的研究,O643.32
  13. 碳材料/纳米TiO_2复合光催化剂的制备及其光解水制氢性能研究,TN304
  14. 掺杂ZnO稀磁材料薄膜的制备工艺及室温磁性研究,O484.1
  15. 玻璃基ZnO基薄膜的喷雾热分解法制备和表征,TB383.2
  16. Zn~（2+）离子掺杂TiO_2一维纳米材料的制备及其光催化性能研究,TB383.1
  17. ZnO/metal/ZnO结构透明导电薄膜的研究,TM24
  18. 氧化锌薄膜晶体管的制备与研究,TN321.5
  19. 磁控溅射制备含氦钛膜及薄膜沉积蒙特卡罗模拟的研究,O484.1
  20. 硅基铜薄膜制备及其激光冲击改性研究,O484.1
  21. 泡沫铝阳极氧化电解着色的研究,TG177

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
© 2012 www.xueweilunwen.com