ALD沉积氧化铝薄膜在染料敏化太阳能电池中的应用研究

【摘要】：1991年，Gr tzel等人首次将纳米晶多孔氧化物薄膜引入染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs），并将其转化效率提高到7%，由此揭开了染料敏化太阳能电池的发展序幕。由于在DSSCs生产过程中没有高真空高能耗环节、光阳极原材料易得、制作工艺简单和较低的后期维护成本，使得染料敏化太阳能电池制造成本比传统硅基太阳能电池要低得多。因此，在过去的二十年中，染料敏化太阳能电池在世界范围内得到广泛研究，被认为是实现太阳能大规模利用的主要候选者之一。 但是在目前实际利用中，染料敏化太阳能电池还存在不少问题亟待解决，如二氧化钛的电子迁移速率较低、液态电解质易泄漏稳定性差等。因此，本文分别制备了以二氧化锡为光阳极材料的液态染料敏化太阳能电池和以PEO为基材的聚合物复合固态电解质电池，并通过阳极表面处理获得了效率的提高。 首先，我们使用原子层沉积技术在二氧化锡颗粒上包覆超薄氧化铝，研究了氧化铝包覆对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响。研究表明，氧化铝可以在二氧化锡/染料/电解质界面形成势垒层，阻止电子的逆向复合。同时，由于氧化铝具有较高的等电点，提高了染料的吸附量从而提高电池效率。通过染料吸附量的变化，提出了氧化铝在多孔氧化锡基底上的三步沉积模型。并进一步研究了染料吸附后沉积氧化铝的作用。 其次，我们成功的将ALD技术应用于固态电池体系中，并与四氯化钛水解法相结合制备氧化钛-氧化铝双层氧化物包覆结构。结果表明双层结构可以更有效的抑制电子的复合并且提高了颗粒的连通性，从而提高了固态染料敏化太阳能电池的光电转换效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 二氧化锡 沉积模型 固态电解质 双层包覆
【学位授予单位】：北京印刷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-35
• 1.1 新能源的机遇与挑战10-13
• 1.2 染料敏化太阳能电池机理13-17
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池结构和原理13-15
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池性能参数15-17
• 1.3 染料敏化太阳能电池研究进展及发展前景17-25
• 1.3.1 多孔纳米半导体材料研究进展18-20
• 1.3.2 染料光敏化剂研究进展20-22
• 1.3.3 电解质研究进展22-25
• 1.3.4 对电极材料研究进展25
• 1.4 原子层沉积技术简介25-30
• 1.4.1 ALD 原理和特点25-28
• 1.4.2 ALD 应用方向28-29
• 1.4.3 ALD 在染料敏化电池中的应用现状和发展方向29-30
• 1.5 课题的目的、意义及研究内容30-32
• 1.5.1 课题研究的目的及意义30-31
• 1.5.2 主要研究内容31-32
• 参考文献32-35
• 第二章 染料敏化太阳能电池的制作与测试方法35-47
• 2.1. 染料敏化太阳能电池的制作35-38
• 2.1.1 FTO 导电玻璃的处理35
• 2.1.2 纳米半导体多孔膜的制备35-36
• 2.1.3 染料及其浸泡36-37
• 2.1.4 对电极材料和制备37
• 2.1.5 电解质材料和制备37
• 2.1.6 电池组装37-38
• 2.2 染料敏化太阳能电池特性和测试方法38-43
• 2.2.1 输出特性（I-V）测试38-39
• 2.2.2 界面电阻特性和测试39-40
• 2.2.3 染料吸附量测试40
• 2.2.4 薄膜电极的表征方法和手段40-43
• 2.3 实验仪器和试剂43-46
• 2.3.1 实验试剂43-45
• 2.3.2 实验仪器与设备45-46
• 参考文献46-47
• 第三章 原子层沉积氧化铝对氧化锡基液态染料敏化太阳能电池性能的影响47-70
• 3.1 前言47-48
• 3.2 实验部分48-50
• 3.2.1 氧化锡光阳极的制备48-49
• 3.2.2 原子层沉积氧化铝的工艺流程49-50
• 3.3 结果与讨论50-67
• 3.3.1 原子层沉积氧化铝对 I-V 特性的影响50-56
• 3.3.2 沉积参数对电池性能的影响56-63
• 3.3.3 ALD 沉积氧化铝提高电池性能的作用机理63-65
• 3.3.4 SnO_2吸附染料后沉积氧化铝对电池性能的影响65-67
• 3.4 本章小结67-68
• 参考文献68-70
• 第四章 固态染料敏化太阳能电池制备和性能70-90
• 4.1 前言70-71
• 4.2 实验部分71-72
• 4.2.1 光阳极制备71
• 4.2.2 固态电解质的特点和制备71
• 4.2.4 四氯化钛处理71-72
• 4.2.5 原子层沉积氧化铝72
• 4.3 结果与讨论72-88
• 4.3.1 添加剂对固态染料敏化太阳能电池的影响72-79
• 4.3.2 光阳极厚度对固态染料敏化太阳能电池的影响79-81
• 4.3.3 氧化钛阻挡层结构对电池性能影响81-85
• 4.3.4 光阳极改性对固态染料敏化太阳能电池性能影响85-87
• 4.3.5 氧化钛表面双层氧化物薄膜改性作用机理87-88
• 4.4 本章小结88-89
• 参考文献89-90
• 第五章 结论及展望90-92
• 5.1 本文的主要研究成果及结论90
• 5.2 本文的创新之处90-91
• 5.3 进一步工作展望91-92
• 致谢92-93
• 硕士期间发表的学术论文93

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