柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC)是近年来才发展起来的一种新型的太阳能电池，它具有制备工艺比较简单、潜在的低成本以及制备过程耗能低等优点，成为了目前研究的热点。柔性DSSC具有制备成本低、可大面积生产、应用广泛等优点更是受到了学术界青睐。本文从柔性DSSC光阳极的优化出发，对柔性DSSC光阳极的制备及其性能进行研究，探索不同的制备条件对柔性DSSC各种性能的影响，取得了较好的进展，对柔性DSSC的进一步研究具有实际意义。本论文的主要研究内容如下： 1．将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与商用二氧化钛(P25)均匀分散在水与乙醇的混合液中，采用水热法制备出稳定的TiO_2胶体。以柔性ITO/PEN导电塑料薄膜作为衬底，低温制备了TiO_2光阳极，组装电池后，研究PVP的量对电池光电性能的影响。经优化制备条件，在100mW·cm~(-2)(AM1.5)模拟太阳光辐照下，测得柔性DSSC的光电转化效率为3.02%。 2．将质子酸盐酸(HCl)取代PVP来制备TiO_2胶体，所制备的胶体颗粒分散均匀，无团聚现象。采用此胶体在柔性导电衬底上低温制备了柔性DSSC光阳极，对其进行SEM，UV-vis，机械性能与光电性能等表征和测试，分析了不同浓度的HCl对DSSC的影响。同时，通过改变胶体的水热时间来制备TiO_2胶体，探讨水热时间对柔性DSSC光电转化效率的影响。结果证明，适当浓度的HCl可增加染料的吸附量，促进TiO_2颗粒与导电衬底之间的连接经优化，在100mW·cm~(-2)(AM1.5)模拟太阳光照射下，测得含有0.5M HCl且水热14h制备的TiO_2胶体所制备的柔性DSSC的光电转换效率为3.26%。 3．以双壁碳纳米管(DWCNTs)与异丙氧醇钛(TTIP)为原料，采用溶胶-凝胶法制备TiO_2与DWCNTs的复合材料，将制备好的TiO_2-DWCNTs复合材料与商用二氧化钛(P25)粉体按一定比例混合，分散在含有10%PVP的乙醇水混合液中，在185oC水热制备二氧化钛胶体。以此胶体制备柔性TiO_2光阳极，并组装成柔性DSSC，在100mW·cm~(-2)(AM1.5)模拟太阳光照射下，测得含有0.5wt.%TiO_2-DWCNTs复合纳米颗粒的柔性DSSC的光电转换效率为3.89%。 【关键词】：柔性染料敏化太阳能电池 聚乙烯吡咯烷酮 盐酸 二氧化钛光阳极 双壁碳纳米管
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 DSSC 的研究进展11
• 1.3 DSSC 的组成结构和工作原理11-13
• 1.3.1 DSSC 的组成结构11-12
• 1.3.2 DSSC 的工作原理12-13
• 1.4 DSSC 中半导体光阳极的研究进展13-19
• 1.4.1 半导体材料的研究进展13-14
• 1.4.2 TiO_2半导体薄膜的制备研究进展14-17
• 1.4.3 TiO_2半导体薄膜的改性17-19
• 1.5 柔性 DSSC 的研究进展19-20
• 1.6 存在的问题和面临的挑战20-21
• 1.7 本论文的研究内容和科学意义21-24
• 第2章 柔性 DSSC 的制备及性能表征24-30
• 2.1 柔性 DSSC 的制备过程24-25
• 2.2 柔性 DSSC 光电性能测试25
• 2.3 柔性 DSSC 光电性能指标25-28
• 2.3.1 柔性 DSSC 的 J-V 特性26
• 2.3.2 开路电压与短路电流密度26-27
• 2.3.3 填充因子27
• 2.3.4 光电转换效率27-28
• 2.4 测试及表征方法28-30
• 第3章 聚乙烯吡咯烷酮在柔性 DSSC 光阳极中的应用30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 实验原料与仪器30-31
• 3.3 实验部分31-32
• 3.3.1 柔性 DSSC 光阳极的制备31
• 3.3.2 柔性 DSSC 的组装31-32
• 3.4 结果与讨论32-37
• 3.4.1 PVP 的量对柔性 TiO_2薄膜表面形貌的影响32
• 3.4.2 PVP 的量对柔性 TiO_2薄膜连接性的影响32-33
• 3.4.3 PVP 的量对染料吸附量的影响33-34
• 3.4.4 PVP 的量对柔性 DSSC 电池性能的影响34-35
• 3.4.5 紫外光处理对柔性 DSSC 电池性能的影响35-36
• 3.4.6 柔性 DSSC 的光电性能36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 柔性 DSSC 光阳极的盐酸处理38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 实验主要药品和仪器38-39
• 4.3 实验部分39-40
• 4.3.1 柔性 DSSC 光阳极的制备39
• 4.3.2 柔性 DSSC 的组装39-40
• 4.4 结果与讨论40-46
• 4.4.1 HCl 的浓度对 TiO_2光阳极形貌的影响40-41
• 4.4.2 HCl 的浓度对 TiO_2光阳极染料吸附量的影响41
• 4.4.3 HCl 的浓度对 TiO_2光阳极机械性能的影响41-42
• 4.4.4 HCl 的浓度对 ITO/PEN 柔性衬底导电性的影响42-43
• 4.4.5 HCl 的浓度对柔性 DSSCs 光电性能的影响43-44
• 4.4.6 水热时间对柔性 DSSCs 光电性能的影响44-45
• 4.4.7 柔性 DSSCs 的光电性能45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 TiO_2-DWCNTs 纳米复合材料的制备及其在柔性 DSSC 中的应用48-58
• 5.1 引言48-49
• 5.2 实验主要药品和仪器49
• 5.3 实验部分49-50
• 5.3.1 TiO_2-DWCNTs 纳米颗粒的制备49-50
• 5.3.2 柔性 DSSC 光阳极的制备50
• 5.3.3 柔性 DSSC 的组装50
• 5.4 结果与讨论50-57
• 5.4.1 TiO_2-DWCNTs 纳米颗粒的形貌50-53
• 5.4.2 TiO_2-DWCNTs 纳米颗粒的量对染料吸附量的影响53-54
• 5.4.3 TiO_2-DWCNTs 纳米颗粒的量对柔性 DSSC 电池性能的影响54-56
• 5.4.4 柔性 DSSC 的光电性能56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 总结58-60
• 参考文献60-70
• 致谢70-72
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果72-73

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