立体染料敏化二氧化钛太阳能电池的研制

【摘要】：太阳能电池是目前对太阳能最直接最普遍的利用方式,硅太阳能电池的发展起步早,技术成熟,转化率较高,但由于其高昂的制作成本,很难使其得到平民化的普及。随着对太阳能电池研究的深入,更多低成本、低污染、制作简易的太阳能电池应运而生。染料敏化太阳能电池(DSSC),由于其具有理论光电转换效率高、制作成本低廉、环境污染小、多色透明等特点,已引起人们重视。本论文在保留传统DSSC工作原理和制作工艺的基础上,对其平板层叠的“三明治”式结构加以改进,形成具有管状(或针状)的立体结构。与传统DSSC不同,立体结构的DSSC光阳极是在Ti丝螺线管上采用阳极氧化法生长TiO2纳米管薄膜,然后吸附染料分子;阴极为Pt金属细丝。Pt金属丝插入光阳极螺线管内,外部用石英玻璃管和环氧树脂封装(其中引出阴阳极引线)。在光阳极的制备过程中,本论文将通过理论分析和对比试验,确定恰当的电解溶液组成、氧化电压、电解时间等参数,以制备出形貌结构较整齐、统一的纳米管薄膜,并用扫描电子显微镜(SEM)进行形貌分析。通过XRD测试确定退火温度在500℃时,呈现最佳的锐钛矿晶型。然后进行Ti Cl4处理、吸附染料分子,从而完成对光阳极的制作。进而进行电池的组装。最后,对电池的性能进行测试。得出结论、完成实验。与传统平板式DSSC相比,本文设计的立体染料敏化太阳能电池制作更简单、使用寿命更长、受光面积比更大,另外此立体结构DSSC可做微型化处理,可为微型独立器件供电。有较好的应用前景。 【关键词】：立体DSSC 阳极氧化 Ti O_2纳米管
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-24
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池概述10-20
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构组成10-14
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池基本原理14-15
• 1.2.3 DSSC的研究进展15-20
• 1.3 染料敏化太阳能电池存在的问题及课题的提出20-21
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池存在的问题20
• 1.3.2 课题的提出20-21
• 1.4 本论文研究的内容及意义21-24
• 1.4.1 论文研究的内容21-22
• 1.4.2 论文研究的意义22-24
• 第二章 二氧化钛纳米管薄膜的制备技术24-30
• 2.1 二氧化钛纳米管薄膜光阳极的引入24
• 2.2 二氧化钛纳米管的制备工艺24-26
• 2.2.1 模板合成法24-25
• 2.2.2 水热合成法25
• 2.2.3 微波水热法25-26
• 2.2.4 阳极氧化法26
• 2.2.5 总结26
• 2.3 阳极氧化法制备TiO_2纳米管的机理研究26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 以Ti丝为基底的TiO_2纳米管的制备和表征30-52
• 3.1 实验的前期准备30-33
• 3.1.1 实验原料及设备30-31
• 3.1.2 实验装置及操作31-33
• 3.2 二氧化钛纳米管的制备33-46
• 3.2.1 氧化电压对纳米管形貌的影响33-39
• 3.2.2 电解液中氟化铵浓度对纳米管形貌的影响。39-41
• 3.2.3 电解液水含量对纳米管形貌的影响41-43
• 3.2.4 氧化时间对纳米管生长长度的影响43-46
• 3.3 二氧化钛纳米管的改性46-51
• 3.3.1 二氧化钛纳米管晶型的改性46-50
• 3.3.2 四氯化钛处理对二氧化钛纳米管的改性50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 立体染料敏化二氧化钛太阳能电池的制备和组装52-57
• 4.1 所需的材料及试剂52-53
• 4.2 染料敏化剂的配制53
• 4.3 光阳极的制备53-55
• 4.4 电解质的配制55
• 4.5 电池的组装封装55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 电池性能的测试及分析57-61
• 5.1 电池性能评价57-58
• 5.2 电池光伏性能测试58-60
• 5.2.1 测试设备及仪器58
• 5.2.2 J-V曲线测试58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 总结61-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71

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