染料敏化太阳能电池的大面积化研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell, DSC)具有制作成本低、生产工艺简单、无污染、原料丰富等优点,是一种可以替代硅太阳能电池的新型太阳能电池。目前小面积DSC的光电转换效率已接近非晶硅太阳能电池的水平,但是要实现染料敏化太阳能电池的产业化,必须研究大面积染料敏化太阳能电池。由于大面积染料敏化太阳能电池存在着光电转换效率低和长期稳定性差的问题,因此我们改进制作方法,设计并研制新型的大面积DSC来解决目前大面积DSC面临的问题。 本论文设计并制作了5种大面积DSCs,包括单条DSC、并联DSC、串联W型DSC、串联Z型DSC和X型DSC,其中X型DSC是我们自己研制开发的新型大面积DSC。首先,本文分别对这5种DSCs进行了光电转换效率和电化学阻抗的系统研究,研究结果表明：在导电基板上印刷Ag线能明显提高大面积DSC的光电转换效率,Ag线通过降低基板电阻提高大面积DSC的填充因子(Fill Factor, FF),从而提高大面积DSC的光电转换效率。其次,本文进一步研究了影响大面积DSC光电转换效率的因素,结果表明：制作大面积DSC光阳极Ti02膜的方法是采用多次细化成膜并进行TiCl4处理的方法,我们制作的面积为4.9 cm×7.2 cm的并联DSC光电转换效率达到5.15%。活性面积、对电极铂层厚度以及电解液的浓度是影响串联DSC的重要因素。最后,本文通过改进制作工艺提高DSC的长期稳定性,我们研究了面积为4.9 cm×7.2 cm的并联DSC的稳定性,从2009年12月到2010年4月DSC的光电性能比较稳定,光电转换效率没有降低。我们还制作了面积为46 cm×63 cm的大面积DSC组件,目前制作完成已1.5年,电解质仍没有泄露有着很好的稳定性。 通过对新型大面积X型DSC的光电转换效率和电化学阻抗谱的研究,结果表明：X型DSC可以根据不同的需要进行串并联并能得到较高的光电转换效率,X型DSC的光电转换效率明显高于传统的并联DSC,高出33.62%。因此X型DSC是一种很有发展前途的大面积DSC,为大面积DSC的产业化奠定了坚实基础。 【关键词】：染料敏化 太阳能电池 大面积 串并联 组件
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-33
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构11-14
• 1.2.1 二氧化钛纳米晶电极11-12
• 1.2.2 染料敏化剂12-13
• 1.2.3 电解质13-14
• 1.2.4 对电极14
• 1.3 染料敏化太阳能电池的工作原理及评价方法14-17
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的工作原理14-16
• 1.3.2 入射单色光光电转换效率IPCE16
• 1.3.3 I-V曲线16-17
• 1.4 大面积染料敏化太阳能电池的研究成果及存在的问题17-31
• 1.4.1 国内的大面积DSC的研究成果18-22
• 1.4.2 国外的大面积DSC的研究成果22-31
• 1.4.3 大面积DSC存在的问题31
• 1.5 本课题的研究内容及意义31-33
• 2 大面积单条DSC的制作与性能研究33-45
• 2.1 大面积单条DSC的设计33-35
• 2.1.1 大面积单条DSC结构的设计33
• 2.1.2 大面积单条DSC生产工艺的设计33-35
• 2.2 实验部分35-38
• 2.2.1 实验原料与仪器35-36
• 2.2.2 大面积单条DSC的制作方法36-37
• 2.2.3 大面积单条DSC的测试方法37-38
• 2.3 实验结果与讨论38-43
• 2.3.1 印刷Ag线对单条DSC性能的影响38-39
• 2.3.2 FTO或TiO_2膜的刻蚀对单条DSC性能的影响39-41
• 2.3.3 刮涂法和喷涂法制作对电极对单条DSC性能的影响41
• 2.3.4 单条DSC间串并联的性能研究41-43
• 2.4 大面积单条DSC的应用43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 3 大面积并联DSC的制作与性能研究45-61
• 3.1 大面积并联DSC的设计45-47
• 3.1.1 大面积并联DSC结构的设计45
• 3.1.2 大面积并联DSC生产工艺的设计45-47
• 3.2 实验部分47-48
• 3.2.1 实验原料与仪器47
• 3.2.2 大面积并联DSC的制作方法47-48
• 3.2.3 大面积并联DSC的测试方法48
• 3.3 实验结果与讨论48-57
• 3.3.1 印刷Ag线对并联DSC性能的影响48-50
• 3.3.2 对TiO_2膜进行TBT处理对并联DSC性能的影响50-52
• 3.3.3 对TiO_2膜进行TiCl_4处理对并联DSC性能的影响52-53
• 3.3.4 高效率并联DSC的性能研究53-56
• 3.3.5 大面积并联DSC电化学阻抗谱的研究56-57
• 3.4 大面积并联DSC的稳定性研究57-60
• 3.4.1 大面积并联DSC的测试结果57-58
• 3.4.2 大面积并联DSC的稳定性研究58-59
• 3.4.3 大面积并联DSC组件的稳定性研究59-60
• 3.5 本章小结60-61
• 4 大面积串联DSC的制作与性能研究61-73
• 4.1 大面积串联DSC的设计61-65
• 4.1.1 大面积串联W型DSC的设计61-63
• 4.1.2 大面积串联Z型DSC的设计63-65
• 4.2 实验部分65-66
• 4.2.1 实验原料与仪器65
• 4.2.2 大面积串联W型DSC的制作方法65
• 4.2.3 大面积串联Z型DSC的制作方法65-66
• 4.2.4 大面积串联DSC的测试方法66
• 4.3 实验结果与讨论66-71
• 4.3.1 光阳极对大面积串联DSC性能的影响66-67
• 4.3.2 对电极对大面积串联DSC性能的影响67-68
• 4.3.3 单条间的均匀性对大面积串联DSC性能的影响68
• 4.3.4 大面积串联DSC电化学阻抗谱的研究68-71
• 4.4 W型DSC和Z型DSC的比较71-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 大面积X型DSC的制作与性能研究73-83
• 5.1 大面积X型DSC的设计73
• 5.2 实验部分73
• 5.2.1 实验原料与仪器73
• 5.2.2 大面积X型DSC的制作方法73
• 5.2.3 大面积X型DSC的测试方法73
• 5.3 实验结果与讨论73-77
• 5.4 X型DSC与并联DSC的比较77-82
• 5.4.1 大面积X型DSC的I-V测试及EIS测试77-80
• 5.4.2 大面积X型DSC与并联DSC的比较80-82
• 5.5 本章小结82-83
• 结论83-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-92

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