低温柔性染料敏化太阳能电池光阳极的低温制备-材料学专业论文.docxVIP

华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 2011 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 (请在以上方框内打“√”) 必威体育官网网址□，在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□ 。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：2011 年 月 日 日期：2011 年 月 日 I I 摘 要 柔性染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，由于质量轻，易卷曲，非 常适合作为一些小型移动电子产品的充电电池。同时这种电池非常适合于卷对卷的 工业化生产，是一种非常有前途的太阳能电池类型。本文主要是利用 ITO-PET 制备 柔性染料敏化太阳能电池，主要目的是改善 TiO2 薄膜与导电基底之间的结合力，以 及 TiO2 薄膜中颗粒与颗粒之间的结合性能。进而改善电池的染料敏化太阳能电池的 光伏性能，提高电池的光伏转化效率。为此我们采取化学烧结法，研制无高分子化 合物的水热粘结剂，再利用镜面反射法，提高电池的转化效率。分别如下： （1）实验首先使用商业购买的 P25 和粒径 200 nm 的 TiO2 粉体，利用化学烧结 法制备 TiO2 浆料，最后再在 ITO-PET 上 120℃低温制备成光阳极薄膜，进而组装成 柔性染料敏化太阳能电池。将 P25 与 200 nm TiO2 大颗粒以不同质量比例混合在一起， 分别为 90:10, 85：15，80:20 的两种粉体的比例制备成 TiO2 薄膜.当 P25 和 200nm 的 大颗粒比例为 85:15 制备的薄膜的光电性能最好，电池的短路电流密度达到了 7.5 mA cm-2，光电转化效率达到了 2.9%。但是这种方法制备的薄膜与导电塑料基底的结合 力很差，利用 ASTM（D3359）测试方法，结合力只在 1B-2B 之间。 （2）利用溶胶凝胶法和水热法，制备 TiO2 水热浆料，将这种水热浆料涂覆在导 电玻璃基片上制备成薄膜测试 SEM，这种薄膜中的 TiO2 颗粒的粒径普遍在 20nm 以 下。然后将这种水热浆料作为添加剂和粘结剂加入到前面所制备的 TiO2 浆料中，当 P25 和 200 nm 大颗粒的比例为 80:20 时候制备的 TiO2 薄膜光电性能最佳。研究不同 氨水加入量导致不同 pH 下的浆料，对电池光电性能的影响。当添加了 2g 水热粘结 剂，并且 pH 为 4.7 时候，浆料制备的 TiO2 薄膜的光电性能最佳，电池的短路电流密 度短路电流密度达到了短路电流密度达到了 9.12 mA cm-2，光电转化效率达到了 II II %，但是电池的填充因子不理想，只有 0.548。通过 EIS 分析，我们发现这种电池 的电荷在电解质/染料/TiO2 薄膜三相界面处的转移电阻是最小的。另外，这种浆料的 粘度也是最大的，达到了 4100 mPa s-1，而既没有经过滴加氨水化学烧结和添加水热 粘结剂的 TiO2 浆料的粘度只有 3300 mPa s-1.我们分析证明 TiO2 薄膜的光电性能和浆 料的粘度有关联。 （3）在上述实验的基础上，利用镜面反射法改善柔性染料敏化太阳能电池的光 电性能。由于实验时间和实验条件所限，我们只能将普通镜子代替反射层附加在电 池的对电极背后作反射层面。我们制备的光阳极的面积大小为 0.5×0.5 cm2，所以我 们只将对电极制备的稍微大一点，以尽可能多的利用斜射光，面积为 0.55×0.55cm2， 然后再在对电极的背后附加对电极，组装成电池，电池的短路电流密度达到了 11.95 mA cm-2，光电转化效率达到了 5%，这样的性能证明了反射层法和部分 Pt 对电极的 成功。而未使用这两种方法的电池的短路电流密度只有 9.12 mA cm-2，电池的光电转 化效率只有 4.0%。而只使用附加反射层法的电池的短路电流密度达到了 10.40 mA cm-2，光电转化效率达到了 4.6%。从 EIS 分析也可以看出，在对电极背后附加反射 层和部分 Pt 对电极的电池，电荷在电解质/染料/TiO2 薄膜转移电阻是最小的，主要 是由于反射光最多的原