料浆喷涂法制备纳米晶TiO_2薄膜及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的太阳能电池,与传统的硅和化合物等半导体太阳能电池相比,具有制造成本低、制备工艺简单、环境友好等优点,近年来发展迅速,成为国际和国内的研究热点之一,将会有很好的应用前景。 TiO_2薄膜作为DSSC的关键部件之一,起着固定染料、接受染料中光生电子注入并将其传递到ITO导电玻璃表面的作用。通过制备具有高比表面、合适孔径和厚度且无裂纹的TiO_2薄膜可有效地提高DSSC的输出性能。本论文主要研究内容如下: (1)以纳米TiO_2粉体(P25,德国Degussa)为原料,运用料浆喷涂法(Colloidal Spray Coating)在ITO导电玻璃上制备纳米晶TiO_2薄膜并组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),在标准模拟太阳光(AM1.5G)下进行测试,短路电流密度达7.78mA/cm2、光电转换效率为1.94%。用SEM对TiO_2薄膜表面和横截面的微观结构进行表征和分析,发现用此法所制备的TiO_2薄膜均匀、多孔,构成薄膜的TiO_2颗粒均为20-30nm,厚度能很好地控制在5-20μm之间。研究结果表明,制备过程中使用的有机分散剂松油醇和粘结剂乙基纤维素的含量对TiO_2薄膜的性能均有影响。 (2)采用刮刀法(Doctor blade)制备TiO_2薄膜,组装电池并测试其电池性能,与料浆喷涂法制得电池的性能比较,发现料浆喷涂法制得的电池性能更好。 (3)采用料浆喷涂法,分别研究了乙醇或三乙醇胺溶剂、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、聚乙二醇1000造孔剂等添加剂对制备TiO_2薄膜的影响,分别表征了采用不同添加剂制备的薄膜结构并组装电池,测试了它们的电池性能,并对数据结果进行了归纳分析,发现添加剂的种类和配方对电池性能影响很大。在总结现有数据的基础上,提出了今后优化制备工艺的努力方向。 (4)采用料浆喷涂法,通过不同的喷涂次数制得四个结构良好的TiO_2多孔薄膜,该方法能很好地控制TiO_2薄膜的厚度。说明料浆喷涂法制备TiO_2薄膜是一种理想良好的工艺。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 料浆喷涂法 纳米晶TiO_2薄膜 ITO导电玻璃
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 课题研究背景11-15
• 1.1.1 太阳能电池的概述及分类11-15
• 1.1.2 太阳能电池的特点15
• 1.2 染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构及其原理15-17
• 1.2.1 DSSC的结构15-16
• 1.2.2 DSSC的工作原理16-17
• 1.3 DSSC的关键组件17-22
• 1.3.1 纳米TiO_2薄膜电极17-18
• 1.3.2 染料敏化剂18-20
• 1.3.3 电解质20-22
• 1.3.4 对电极22
• 1.4 DSSC面临的主要问题22-23
• 1.5 本论文的研究目的和研究内容23-24
• 第二章 染料敏化太阳能电池的制备和性能表征24-34
• 2.1 主要试剂及仪器24-25
• 2.1.1 试剂和材料24-25
• 2.1.2 实验仪器25
• 2.2 DSSC的制备流程25-28
• 2.2.1 料浆制备25
• 2.2.2 纳米晶TiO_2薄膜的制备25-27
• 2.2.3 电解质的配制27-28
• 2.2.4 对电极的制备28
• 2.2.5 DSSC的组装及其光电性能测试28
• 2.3 DSSC的性能测试及其评价指标28-31
• 2.3.1 开路电压(V_(oc))29
• 2.3.2 短路电流(I_(sc))29-30
• 2.3.3 I-V曲线30-31
• 2.3.4 光电转化效率31
• 2.4 影响DSSC性能的主要因素31-34
• 第三章 料浆喷涂法制备纳米晶TiO_2薄膜及其性能测试34-44
• 3.1 料浆喷涂法34-37
• 3.1.1 方法介绍34-35
• 3.1.2 工艺讨论35-37
• 3.2 纳米晶多孔TiO_2 薄膜阳极的制备37-38
• 3.3 TiO_2 薄膜微观结构分析38-40
• 3.4 性能测试及分析40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 纳米晶TiO_2染料敏化太阳能电池的性能研究44-61
• 4.1 引言44-45
• 4.2 改变制备工艺对纳米晶TiO_2薄膜电池性能的影响45-47
• 4.3 改变溶剂对纳米晶TiO_2薄膜电池性能的影响47-50
• 4.4 改变粘结剂对纳米晶TiO_2薄膜电池性能的影响50-53
• 4.5 加入不同含量造孔剂对纳米晶TiO_2薄膜电池性能的影响53-57
• 4.5.1 TiO_2薄膜的制备53
• 4.5.2 TiO_2薄膜的结构分析53-56
• 4.5.3 DSSC的性能测试56-57
• 4.6 不同喷涂次数制备纳米晶TiO_2薄膜57-59
• 4.7 本章小结59-61
• 总结61-63
• 参考文献63-71
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果71-72
• 致谢72

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