《染料敏化太阳能电池新工艺研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《染料敏化太阳能电池新工艺研究（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业论文毕业论文毕业论文毕业论文 题 目 染料敏化太阳能电池新工艺研究 专 业 材料科学与工程 毕业论文 1 目目 录录 目录目录1 摘摘 要要3 Abstract.4 前前 言言5 1.1 染料敏化太阳能电池简介及其发展现状染料敏化太阳能电池简介及其发展现状5 1.2 染料敏化太阳能电池基本机构及其基本原理染料敏化太阳能电池基本机构及其基本原理6 1.2.1 敏化太阳能电池基本原理 6 1.2.2 敏化太阳能电池基本结构 6 1.3 敏化太阳能电池对电极的组成敏化太阳能电池对电极的组成7 1.3.1 光阳极 7 1.3.2 碳纳米管 7 1.3.3 电解液 8 1.3.4 对电极 8 1.4
2、 敏化太阳能电池的应用前景及其不足敏化太阳能电池的应用前景及其不足8 1.4.1 敏化太阳能电池的应用前景 8 1.4.2 敏化太阳能电池目前存在的问题 9 2.实验部分实验部分.10 2.1 制备光阳极的材料制备光阳极的材料10 2.1.1 实验材料 10 2.1.2 实验器材 10 2.2 制备光阳极的设备制备光阳极的设备10 2.2.1 光阳极以及光阳极的制备 10 2.3 制备光阳极的过程制备光阳极的过程11 2.3.1 光阳极的制备过程 11 2.4 制备碳纳米管板的过程制备碳纳米管板的过程11 毕业论文 2 2.5 制备对电极极的过程制备对电极极的过程12 2.6 浸泡染料新工艺的
3、过程浸泡染料新工艺的过程12 2.7 新工艺封膜新工艺封膜-手工胶封手工胶封 .13 三结果与讨论三结果与讨论14 3.1 对电极的对电极的流动浸泡新工艺流动浸泡新工艺 JV 特性分析特性分析14 3.2 对电极的对电极的封膜工艺不同封膜工艺不同 JV 特性分析特性分析.17 结论结论19 参考文献参考文献20 致致 谢谢21 毕业论文 3 摘摘 要要 染料敏化太阳能电池是-种新型的太阳能电池，由于其制作工艺简单，制造 成本低廉，有着广泛的应用前景，是太阳能电池的重要发展方向。传统敏化太阳 能电池在制作工程中依旧存在着一些弊端，例如在后期封装过程中砂林膜在 180热封 3 分钟，再次过程中染料
4、可能受到不可避免的破坏，而且需要浸泡 20 个小时左右，实验周期较长。本文主要介绍染料敏化太阳电池新工艺，改善了浸 泡方式，综述了染料敏化太阳能电池的研究现状，论述了光阳极上半导体薄膜的 制备、改性方法;阐述了敏化染料和氧化还原电解质的要求、特点和分类。指并 对未来的发展趋势和前景进行展望。 关键词关键词:染料敏化太阳能电池，流动浸泡新工艺，电池组装膜封新工艺 毕业论文 4 Abstract Dye-sensitized solar cells are a new type of solar cells. Because of their simple manufacturing proces
5、s and low manufacturing cost, they have broad application prospects and are an important development direction of solar cells. Conventional sensitized solar cells still have some drawbacks in the production process. For example, the sand film is heat-sealed at 180 C. for 3 minutes during the subsequ
6、ent packaging process. In the second process, the dye may be unavoidably damaged, and it needs to be soaked for about 20 hours. , The experiment period is longer. This article mainly introduces the new process of dye-sensitized solar cells, improves the soaking mode, summarizes the research status o
7、f dye-sensitized solar cells, discusses the preparation and modification methods of semiconductor thin films on photoanodes, and describes the sensitizing dyes and redox electrolytes. The requirements, characteristics, and classifications. It refers to and looks forward to the future development tre
8、nds and prospects. Key words: Dye-sensitized solar cells;Flowing soaking new process;Battery assembly film sealing new process 毕业论文 5 染料敏化太阳能电池新工艺染料敏化太阳能电池新工艺 前前 言言 1.1 染料敏化太阳能电池简介及其发展现状染料敏化太阳能电池简介及其发展现状 随着 21 世纪经济的迅速发展，人类对能源的需求量愈来愈大，但能源短缺 问题仍是限制经济发展的关键，困扰着人类社会的可持续发展。化石能源的短缺 以及温室效应加剧，使人们对如何利用太阳能代替化石
9、能源课题日益关注，因此 太阳能电池则成为新能源材料的热门课题之一。太阳能电池作为一种清洁能源， 将太阳能直接转化成电能，越来越受到了人们的青睐。 太阳能电池的研究包括单晶及多晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池 和染料敏化太阳能电池等，其中单晶硅太阳能电池的技术最为成熟，有最高的光 电转换效率，由于单晶硅太阳能电池制备工艺繁琐，电池生产成本大大高出传统 发电，不利于大规模的生产利用1。多晶硅太阳能电池特别是多晶硅薄膜太阳能 电池，是在廉价衬底上沉积硅薄膜作为吸收层，与单晶硅和多晶硅太阳能电池相 比，大大降低了成本，是当前硅太阳能电池中的一个研究的方向。但由于其光电 转换效率较低，目前还不能达
10、到实用化的要求。与硅太阳能电池相比，由 CIS(CuInSez)/CIGS(CuInGaSe22 GaAsB)和 CdTe4等所形成的半导体化合物薄膜 太阳能电池，以其较低的成本、较高的光电转换效率及较高的稳定性成为人们广 泛研究的化合物半导体太阳能电池，但其制作工艺重复性差，高效电池的成品率 低2。 作为一种高效并且廉价的新型薄膜太阳能电池染料敏化太阳能电池，研究进 展迅速。它主要由染料、纳米多孔膜、电解质和对电极所组成。由染料、纳米多 孔膜构成的光阳极是制备性优良染料敏化太阳能电池的关键部分。 1991 年 Gratzel 等人报道的 TiO2染料敏化纳米晶太阳能电池光电转换率约为 7%。
11、随后，1997 年，Gritzel 等人再次报道使用联吡啶钌-TiO2体系的染料敏化纳 米晶太阳能电池光电能量转换率达 10-11%,短路电流为 18mA/cm2,开路电压为 720mv。1998 年研制出全固态纳米晶太阳电池，利用固体有机空穴传输材料，替 代液体电解质。目前 DSSC 产品的效率已经迅速达到 10.4%，而被索尼公司生产 的子模块产品已经达到 9.9%的效率。在实验室达到的最优转化率经超过了 毕业论文 6 12%。本论文制备了不同结构的光阳极和对电极，以新型对电极组装方式及其新 型光阳极浸泡工艺，构建电池，测试了不同构成的电池的光电转化效率，得到性 能最佳的构建方式。 1.2
12、 染料敏化太阳能电池基本机构及其基本原理染料敏化太阳能电池基本机构及其基本原理 1.2.1 敏化太阳能电池基本原理 图 1.2.1 敏化太阳能电池原理3 敏化太阳能电池主要原理是模仿植物的光合作用原理，模拟自然界中植物利 用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能，从而研制出来的一种新型薄膜电 池。 1.2.2 敏化太阳能电池基本结构 图 1.2.2 敏化太阳能电池基本结构4 毕业论文 7 其由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基 底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO 等)， 聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为 DSC 的负极。对
13、电极作为还原催化剂，通 常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。 正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是 KCl（氯化钾）5。 经过短短十几年时间，染料敏化太阳电池研究在染料、电极、电解质等各方面取 得了很大进展。同时在高效率、稳定性、耐久性、等方面还有很大的发展空间。 但真正使之走向产业化，服务于人类，还需要全世界各国科研工作者的共同努力。 但是由于金属铂的价格昂贵而且储存量有限，因此开发新型的染料敏化太阳能电 池对未来的发展有着极其重要的意义。 1.3 敏化太阳能电池对电极的组成敏化太阳能电池对电极的组成 1.3.1 光阳极 TiO2, ZnO
14、, SnO2和硫系化合物这类半导体由于其在能量存储和环境补救方 面的大范围应用而受到了科学家们的广泛关注6。它们的电子结构(价带和导带) 使它们成为促进光降解氧化还原过程的敏化剂。在量子物理理论中，一个能量正 好等于或者超过半导体能带带隙宽度(Eg)的光子可以激发处于价带的电子，留下 个空穴。这些光生电子可以传输到外电路提供电流，或者利用来催化一个特定的 化学反应。 二氧化钛( TiO2 )在自然界中有三种存在形式: 板钛、锐钛和金幻石三种晶 型。在这三种晶型中，金红石是最稳定的晶型，在任何温度下都保持平衡相。 1.3.2 碳纳米管 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许
15、多异常 的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的 应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向 尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈 六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离， 约 0.34 nm，直径一般为 220 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将 其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯 毕业论文 8 齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。因其优异的性能和低廉的价格来代替铂电极 7。 1.3.3 电解液 电解液是
16、 DSSC 中非常重要的组成部分。电解质的功能就是运载电子，在对 电极处收集电子，然后将电子传输回染料分子处。考虑到电池的效率，最常用的 电解质是溶解在有机母体里的 T/3 氧化还原电对，一般来说有机溶剂是乙睛。然 而，液态电解质由于其自身固有的特点不可避免的影响了 DSSC 的长效性和稳 定性8。例如，毒性有机溶剂的泄露会造成环境污染，而且碘离子溶液易挥发， 挥发了就造成电子浓度降低，进而使得电池的阻抗变大，影响电池的光电性能。 为了克服这些缺点，科学家们纷纷研究开发非传统型电解质，例如室温离子液态 电解质(RTILs)、半固态电解质、全固态电解质等9。 1.3.4 对电极 对电极又称为辅助电极，它是染料敏化太阳能电池重要的组成部分，和设定 在某一电位下的研究电极组成一个串联回路，使得研究电极上电流畅通，与光阳 极形成回路，收集经过外电路传递来的电子，将氧化还原电对的氧化态重新还原 为还原态，从而形成完整的循环。根据材料的形态一般分为金属对电极和非金属 对电极10。铂电极因其对
