染料敏化太阳能电池光阳极TiO2薄膜的研究

摘要

染料敏化太阳能电池是一种新颖的光电化学太阳能电池。它制作工艺简单、成本低廉、性能稳定，对环境友好，具有广阔的应用前景。本文概述了染料敏化太阳能电池的研究历史、研究现状和发展趋势，对其结构、原理作了简单的介绍；研究了不同的TiO2薄膜制备方法及其各实验参数对性能的影响；对电池的对电极制备、封装进行了比较讨论和改进，尝试性研究并组装了大面积DSSC。
　　首先，利用钛酸丁酯、无水乙醇和去离子水等试剂，通过溶胶提拉法制备TiO2薄膜。通过比较不同层数薄膜的表面形貌，得到以下结论：随着薄膜层数的增加，TiO2颗粒逐渐增大；比较烧结前后相同层数薄膜的TiO2颗粒，发现烧结后的颗粒要比烧结前的细小，而烧结后，薄膜具有透明性，随着层数的增多，透明度逐渐降低，吸附染料增加；将各层薄膜分别组装成电池后，测试其IV曲线，结果表明，当薄膜层数为8层时，薄膜的光电性能最佳。
　　其次，通过粉末法制备TiO2薄膜：利用P25粉末、乙酰丙酮、TritonX-100等原料研磨好浆料后，用粉末刮涂法制得薄膜，并研究了各实验参数对电池性能的影响，结果表明：当使用1.5gP25，3ml去离子水，0.5ml乙酰丙酮，0.2mlTritonX-100，研磨总时间为60min，热处理温度为500℃，保温时间为30min，所制得的薄膜组装成电池后其光电性能最好。
　　再次，分别比较了三种方法制备薄膜的优劣：(1)溶胶提拉法：利用钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水作为原料，配制成钛溶胶液后，用提拉法制得TiO2薄膜；(2)粉末刮涂法：用P25粉末、乙酰丙酮、TritonX-100等原料研磨成浆料，通过刮涂法制得TiO2薄膜；(3)混合涂敷法：将P25粉末与钛酸丁酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水配制出来的钛溶胶液混合，并加入乙酰丙酮、TritonX-100等添加剂研磨，得到的浆料在导电玻璃上刮涂制得TiO2薄膜。将各薄膜组装成电池后，测试其IV曲线图，研究结果表明，混合涂敷法制得的TiO2薄膜组装成电池后，光电性能优于其他两种制备方法。
　　最后，对封装工艺进行了探讨改进，并系统研究了大面积染料敏化太阳能电池的制备过程。利用粉末刮涂法制备了大面积TiO2薄膜，将薄膜经过热处理后，浸泡于染料中，得到TiO2/染料电极，与碳对电极一起进行封装，并在两者之间注入电解液，连接好外电路，完成整个大面积电池的组装工作，测试结果表明，电池性能较为稳定。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表目录

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2太阳能电池的分类

1.3 DSSC研究历史和现状

1.4 DSSC结构和工作原理

1.5 发展前景与存在的问题

1.6本文的研究内容

第二章 实验所用材料、过程介绍

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3实验过程

第三章 制备方法对电池性能的影响研究

3.1 溶胶提拉法

3.2 粉末刮涂法

3.3 混合涂敷法

3.4 三种制备方法的比较

3.5本章小结

第四章 大面积DSSC的初步研究

4.1 引言

4.2实验结果与分析

4.3封装设计讨论

4.4电池光电性能随时间的变化测试

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1结论

5.2主要创新点和意义

5.3展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文