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丝网阳极TiO_2染料敏化太阳能电池结构与性能研究

作　者: 牛广斌
导　师: 李洪涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 太阳能电池染料敏化 TiO2薄膜不锈钢丝网基底
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有制作工艺简单、成本低、性能稳定、对环境无污染等一系列优点,具有良好的开发前景。纳米TiO2薄膜是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,寻找一种简单、有效和规模化方法制备高性能光阳极是TiO2染料敏化太阳能电池的关键。本论文以不锈钢丝网为基底制备光阳极,通过XRD、SEM等手段对光阳极薄膜材料进行了表征,并通过DSSC电池的组装、光电性能测试等,研究了结构和工艺参数对电池性能的影响。本论文利用商用纳米材料P25,采用浸渍法制备不锈钢丝网为基底的二氧化钛薄膜,通过改变二氧化钛浆料添加剂乙酰丙酮和OP乳化剂的含量,并采用不同的退火温度及膜厚的变化制备二氧化钛薄膜。研究了上述因素对薄膜表面形貌,晶体结构,光电性能的影响,从而确定了最优浆料成分以及结构和工艺参数。XRD测试结果表明,退火温度低于450℃时,二氧化钛晶体中主要是锐钛矿结构,当达到500℃时锐钛矿开始减少,金红石结构出现。研究发现,3g二氧化钛粉末(P25)中加入乙酰丙酮的含量为0.15ml、O乳化剂为0.1ml、退火温度为450℃、膜厚为10μm左右时,薄膜的表面形貌及电池的光电性能最好。利用紫外-可见光光度计对天然染料黑米进行了紫外-可见光吸收光谱分析,发现天然染料黑米可以弥补TiO2宽带隙半导体的不足,其在所测的整个光谱范围内对光都有响应。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-23
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理  9-11
  1.3 染料敏化太阳能电池的国内外发展现状  11-19
    1.3.1 导电电极  11-12
    1.3.2 光阳极  12-16
    1.3.3 反电极（对电极）  16
    1.3.4 染料  16-18
    1.3.5 电解质  18-19
  1.4 染料敏化太阳能电池的性能参数  19-21
  1.5 主要研究内容  21-23
第2章实验材料及实验方法  23-28
  2.1 实验主要材料及药品  23-24
  2.2 实验主要仪器  24
  2.3 实验主要分析测试方法  24-28
    2.3.1 XRD分析  24
    2.3.2 SEM分析  24-25
    2.3.3 金相测试  25
    2.3.4 膜厚测试  25
    2.3.5 紫外-可见光（UV-VIS）光谱分析  25-26
    2.3.6 光电性能的测量  26-28
第3章光阳极制备及其微观组织结构  28-44
  3.1 引言  28
  3.2 纳米TiO_2 薄膜的制备  28-34
    3.2.1 ITO导电玻璃及不锈钢丝网清洗  28-29
    3.2.2 Ti02 工作电极制备  29-31
    3.2.3 浆料成分对二氧化钛薄膜的显微组织影响  31-34
  3.3 退火温度的影响  34-36
    3.3.1 退火温度对显微组织的影响  34-35
    3.3.2 不同退火温度的XRD分析  35-36
  3.4 膜厚对显微结构的影响  36-38
  3.5 天然染料的制备及TiO_2 膜的着色  38-40
  3.6 电解质的制作与电池的组装  40-42
  3.7 本章小结  42-44
第4章不同因素对光电性能的影响  44-55
  4.1 引言  44
  4.2 乙酰丙酮对光电性能的影响  44-46
  4.3 OP乳化剂对光电性能的影响  46-49
  4.4 退火温度对光电性能的影响  49-51
  4.4 膜厚对光电性能的影响  51-53
  4.5 本章小结  53-55
结论  55-56
参考文献  56-62
致谢  62

丝网阳极TiO_2染料敏化太阳能电池结构与性能研究

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