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染料敏化电池阳极制备及敏化工艺优化研究

作　者: 高培峰
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: 敏化剂 退火 浸渍 吸附量 石墨
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文研究了以FTO为基底的TiO2纳米晶薄膜微观结构以及N719和叶绿素为敏化剂的太阳能电池制备工艺。研究了薄膜厚度、退火温度、染料浓度、敏化时间等结构和工艺参数对电池光电性能的影响，探索了TiO2纳米晶薄膜制备的优化条件，得到不同工艺下电池的光电性能，从中选择了最佳的薄膜制备工艺。用XRD测试了350℃、450℃和550℃退火的样品，结果表明，450℃退火后的样品锐钛矿相的相对含量最大，而锐钛矿相是最有利的相，说明最佳退火温度为450℃。通过紫外-可见分光光谱分析得出，450℃退火后的样品吸光度最大，说明薄膜吸附的染料量最大；薄膜厚度对染料吸附量有直接影响，在研究的具有不同厚度TiO2层的样品中，厚度越大，则染料的吸附量越大，说明增大薄膜厚度能够提高薄膜对染料的吸附量。对N719染料敏化的样品，测试了吸附前后以及解吸附后样品的吸光度，并根据测试结果计算了不同退火温度以及不同膜厚时的染料吸附量，又通过对不同染料浸泡工艺对电池光电性能影响的分析，得出了最佳敏化工艺。DSC电池光电性能测试结果表明，薄膜有效染料吸附量越大，光电性能越好；薄膜厚度超过最佳厚度则光电性能下降。研究结果表明，对电极涂石墨可提高电池的开路电压和短路电流并减小暗电流，这是由于对电极交换电荷效率提高，使电解液中正电荷浓度降低，从而减少了与TiO2导带中的电子发生复合的几率。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题背景及研究目的和意义  8-9
  1.2 染料敏化太阳能电池基本结构和工作原理  9-10
  1.3 染料敏化太阳能电池的国内外发展现状  10-17
    1.3.1 导电电极  11
    1.3.2 光阳极  11-14
    1.3.3 反电极（对电极）  14
    1.3.4 染料  14-17
    1.3.5 电解质  17
  1.4 染料敏化太阳能电池的性能参数  17-18
  1.5 主要研究内容  18-20
第2章 实验材料及实验方法  20-24
  2.1 实验主要材料及药品  20-21
  2.2 实验主要仪器  21
  2.3 实验主要分析测试方法  21-24
    2.3.1 XRD 分析  21
    2.3.2 SEM 分析  21
    2.3.3 金相测试  21
    2.3.4 紫外- 可见光（ UV -V IS ）光谱分析  21-22
    2.3.5 光电性能的测量  22-24
第3章 光阳极制备及其微观组织结构  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 纳米 Ti0_2 薄膜的制备  24-25
    3.2.1 FTO 导电玻璃清洗  24
    3.2.2 TiO_2 工作电极制备  24-25
  3.3 退火温度对二氧化钛薄膜显微组织的影响  25-28
  3.4 膜厚对显微结构的影响  28-30
  3.5 N719 染料溶液的配制以及 TiO_2 膜的着色  30-38
    3.5.1 N719 染料溶液的配制  30-31
    3.5.2 不同退火温度 Ti0_2 薄膜的染料吸附量测试与计算  31-35
    3.5.3 不同层厚 Ti0_2 薄膜染料吸附量的测试与计算  35-38
  3.6 叶绿素染料溶液的制备以及 TiO_2 膜的着色  38
  3.7 电解质的制作与电池的组装  38-39
  3.8 本章小结  39-41
第4章 不同因素对光电性能的影响  41-55
  4.1 引言  41
  4.2 退火温度对光电性能的影响  41-44
    4.2.1 浸泡 N719 染料溶液  41-43
    4.2.2 浸泡叶绿素染料溶液  43-44
  4.3 不同膜厚对光电性能的影响  44-48
    4.3.1 浸泡N719 染料溶液  44-46
    4.3.2 浸泡叶绿素染料溶液  46-48
  4.4 对电极涂石墨对光电性能的影响  48-50
  4.5 不同浸泡工艺对光电性能的影响  50-53
    4.5.1 浸泡溶液的浓度对染料敏化太阳能电池的影响  50-52
    4.5.2 不同浸泡时间对染料敏化太阳能电池的影响  52-53
  4.6 本章小结  53-55
结论  55-56
参考文献  56-63
致谢  63

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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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