（化学工程专业论文）大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研制.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t m 9 1 4 4 学科分类号5 3 0 论文编号 1 0 0 10 2 0 1 1 0 0 0 6 密级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 l o 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名彭林 学号 2 0 0 9 0 1 0 0 0 6 获学位专业名称化学工程获学位专业代码4 3 0 1 1 7 课题来源自然科学基金项目研究方向 太阳能电池 论文题目 大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研制 关键词 太阳能电池，染料敏化，大面积，组件 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月3 1 日论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位 学科专长 指导教师陶霞教授 北京化工大学化学工程 评阅人1邵磊教授 北京化工大学化学工程 评阅人2 乐园教授北京化工大学 化学工程 评阅人3 武斌副研究员中国科学院化学所 纳米材料 评阅人4 评阅人5 椭员会拂郭锴教授 北京化工大学化学工程 答辩委员1刘辉教授 北京化工大学化学工程 答辩委员2徐联宾教授北京化工大学 化学工程 答辩委员3 邵磊教授北京化工大学 化学工程 答辩委员4 张润铎教授北京化工大学化学工程 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 大面积染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研制 摘要 染料敏化太阳能电池( d y e s e n s i t i z e ds o l a rc e l l ，d s c ) 具有生产工艺 简单、制造成本低廉( 仅为硅太阳能电池成本的l 5 1 1 0 ) 及对环境无 污染等诸多优点，是一种颇具发展潜力的新型绿色太阳能电池。目前小面 积染料敏化太阳能电池性能已接近非晶硅太阳能电池，但要最终实现 d s c 的产业化生产，大面积d s c 的研制成为必须。本课题主要针对大面 积d s c 转换效率低和稳定性差进行研究，通过优化改进制作工艺，研制 新型大面积d s c 来解决大面积化的瓶颈问题。 本课题设计并制作了大面积单条d s c 和并联d s c 。首先，对低电阻 a g 电极的引入及其电阻对大面积单条d s c 的性能影响进行研究，结果表 明：低电阻a g 电极的引入通过降低导电基底内阻，成倍提升d s c 的填 充因子( 用) ，提高其光电转换效率( 7 7 ) ；选用内阻更小的a g 电极，7 7 进 一步的提高。其次，对t i 0 2 膜电极进行t i c l 4 或n d ( n 0 3 ) 3 优化处理后， 大面积单条d s c 的7 7 不同程度的提高。对对电极基底材料与背景反光材 料的选择进行了比较研究，结果表明：选用平整锡箔作为背景反光材料， 可提高大面积单条d s c 的7 7 。对电极基底材料选用d h s f t 0 3 0 7 ( 透光 率 8 4 、单位电阻 8 4 ) 能 将更多的光反射回电池内部，延长光在电池内部停留时间，有利于染料对光的吸收， 有利于提高d s c 的电流密度以c ，此时导电基底是与铂层起着反射入射光的协同作用。 另一方面加之d h s f t 0 3 0 7 规格玻璃单位内阻( 7q ) 小于d h s f t 0 2 2 1 5 规格玻 璃单位内阻( 8 4 、单位电阻 7q 锄五和厚度为3 om m ) 时，d s c 各 性能参数都有较薄导电玻璃略微的增加。 第五，确认了在一定范围内，选用粒径更小的t i 0 2 浆料制得的大面积d s c 可获 得更高的电流密度，得到更理想的转换效率。后通过大粒径t i 0 2 ( 2 0 0m ) 反射层的 引入大幅度提高了大面积d s c 的性能参数，其中电流密度增加1 8 5 ，填充因子增 加1 0 5 ，光电转换效率增加3 6 0 1 。 最后，在优化封装工艺的同时，制作了面积为4 5c i i l 3 oc m 的大面积d s c ， 通过每隔一周进行的光电测试发现，d s c 的各性能参数都无明显的变化，表现出良好 的稳定性。但由于前后测试时间仅近两个月，时间较短，对大面积d s c 的长期稳定 性还需要进一步的研究。 4 3 北京化t 大学硕上学位论文 二二二= = 二二二_ 一一 参考文献 1 】 【2 】 【3 【4 】 【1 0 】 11 】 1 2 】 【2 0 】 【2 1 】 参考文献 c h i ay u a l lc h e n ，m i n 然u iw a n 参j h e l l gy i n gl i ，e ta 1 h i g h l ye 佑c i e n t1 i 9 1 1 t - h a n ，e s t i n g r u t h e n i u ms 饥s i t i z e rf o rt h i n 6 l md y e s e n s i t i z e ds 0 1 a rc e l l s a c sn a n o ，2 0 0 9 ，3 ： 3 1 0 3 3 1 0 9 j e o n ga hc h a n g ，j a eh u ii n e e ，s a n gh y u ki m ，e ta 1 h i g h - p e r f - 0 咖a n c en a n o s t n l c m l e d i n o r g a n i c o r g a n i ch e t e r o j u n c t i o ns o l a rc e l l s j 】n a n ol e t t ，2 0 l o ，1 0 ：2 6 0 9 2 6 1 2 e l i i a bn i m s e n ，f 】o a nl ef o 册a l ，m i c h a e lg r a t z e l ，a n ds c o t tc w a n 铋m f l u e n c eo f p l a s m o n i ca un a n o p a r t i c l e so nt h ep h o t o a c t i v i t yo ff e 2 0 3e l e c t n o d e sf o rw a t e rs p l i t t i n g j 】 n a n ol e t t 2 0 l1 1 l ：3 5 4 3 t a n n i am a 血a d o ，m i c h a e lq 萏t z e l s u r f a c em o l e c u l a r q u a i l t i f i c a t i o n a n dp h o t o e l e c t r o c h e m i c a lc h a r a c t 甜z a t i o no fm 议e do r 2 a n i cd y ea n dc oa d s o r b e n tl a y e r so nt i 0 2f b r d y e s e n s i t i z e ds o l a rc e l l s j 1 j p h y s c h e m c ，2 0 1 0 ，11 4 ：11 9 0 3 一l1 9 1 0 于青，夏咏梅染料敏化太圈i 能电池光圈 极及其敏化研究进展【j 】科技导报，2 0 0 9 ， 1 7 ：3 5 3 8 杨新国，孙景：占，江茫，等卟啉类光电功能材料的研究进展 j 】功能材料，2 0 0 3 ，2 ： 1 1 3 1 1 7 a n d r a sgp a t t a n t y u s a b r a h a m ，e d w a r dh s a r g e n t d e p l e t e d h e t e r o j u n c t i o nc o l l o i d a l q u a n m md o ts o l a rc e l l sf j l a c sn a n o ，2 0 1 0 ，4 ：3 3 7 4 3 3 8 0 p e 衙c h e n ，j u nh oy u m ，f i l i p p od ea m g e l i s ，e ta 1 h i 曲o p e n c i r c u i tv o l t a g es o l i d - s t a t e d y e s 肌s i “z e ds o l a rc e l l sw i t ho r g a n i cd ”n a i l ol e 仕2 0 0 9 ，9 ：2 4 8 7 2 4 9 2 胡芸菲，刘正义，沈辉多品硅薄膜太臃i 能电池的研究与进展【j 】太礴l 能学报，2 0 0 5 ， 2 6 ：2 0 1 2 0 5 s h a h z a d a 砧l i i l a d ，j u n - h oy u m ，z l l a n gx i a n x i ，e ta 1 d ”s e n s i t i z e ds o l a rc e l l sb a s e do n p o l y ( 3 ，4 _ e t h y l e n e d i o x ) ，h i o p h e n e ) c o l l l l 缸e l e c 胁d ed 甜v e d 氚忸i o n i cl i q u i d s j 】j m a t c h 锄，2 0 1 0 ，2 0 ：1 6 5 4 一1 6 5 8 j e r e m i eb r i l l e t ，m i c h a e lg r at z e l ，k e 啊ns i v u l a d e c o u p l i i l gf e a t u r es i z ea n d 如n c t i o n a l i t y i i ls o l u t i o n 巾r o c e s s e d ，p o r o l l sh e m a t i t ee l e c t r o d e sf o rs o l a rw a 研s p l i t t i n g 忉n a i l ol e t t ， 2 0 1 0 1 0 ：4 1 5 5 4 1 6 0 e l h 锄g h a d i r ，n i m at a 曲a 啊n i a ，s h a i km z a k e e l l j d d i n ，e ta 1 e n h a l l c e de l e c 仃0 咀 c o l l e c t i o ne f 矗c i e n c yi nd y e s e i l s i t i z e ds o l a rc e l l sb a s e do nn a i l o s 缸1 l c t u r e dt i 0 2h o l l o w 饰e r sf j l n a n ol e t t ，2 0 1 0 ，l o ：1 6 3 2 _ 1 6 3 8 朱骏，戴松元，张耀红染料敏化太障j 能电池中的电子传输及复合【j 】化学进展， 2 0 l o 2 2 ：8 2 2 8 2 8 叶海峰，范庆乐，吴季怀，等多次水热法制备纳米t i 0 2 胶体在染料敏化太刚能电池 中的应刚f j l 化i ：新型材料，2 0 1 0 ，1 0 ：6 1 6 4 黄庆举，林继平，魏艮河，等硅太甩l 能电池的应用研究与进展【j 】材料开发与应用， 2 0 0 9 2 4 ：9 3 9 6 施永明，赵高凌染料敏化纳米薄膜太阳能电池的研究进展【j 】材料科学与二i ：程， 2 0 0 2 2 0 ：1 2 5 1 2 8 b r i a ne h a r d i i l ，j u n h oy 啪，e r i ct h o k e ，e ta 1 h i 曲e x c i t a t i o nt r a n s f he f h c i e n c yf 如m e n e r g yr e l a yd y e si nd y e s e l l s i t i z e ds o l a rc e l l s 【j 】n a n ol e t t ，2 0 1 0 ，l o ：3 0 7 7 3 0 8 3 m i n g k u iw a n 舀n a t h a l i ec h 锄b e r l a n d ，“v a i l lb r e a u ，e ta 1 a no l 嘶cr e d o xe l e ( = n d l y 【e 幻 r i 砌觚o d i 捌o d i d e 讥d y e n s j t i z 。d s o l a r o d l s 叽n a t u r ea l e i i l i s 竹，2 0 l o ，2 ：3 8 5 - 3 8 9 m 撕a c h i a r ap a s t o r e ，e d o a r d om o s c o n i ，f i l i p p od ea n g e l i s ，e ta 1 ac o m p u t a t i o n a l i n v e s t i g a t i o no fo r g a n i cd y e sf o rd y e s e n s i t i z e ds o l a rc e n s ：b e n c h m a r k ，s t r a t e g i e s ，a n d o p e ni s s u e sf j l j p h y s c h e i l l c ，2 0 1 0 ，l1 4 ：7 2 0 5 7 2 1 2 k e v i ns i 1 a ，r a d e kz b o r i l ，f l o a nl ef o 珊a l ，e ta 1 p h o t oe l e c 怕c h e r l l i c a lw a t e rs p l i t t i n g w i t l lm e s o p o r o u sh 锄a t i t ep r e p a r e db yas o l u t i o n - b a s e dc o l l o i d a la p p r o a c h 【j 】j a m c h e n l s o c 2 0lo 13 2 ：7 4 3 6 7 4 4 4 s o p h i ew e n g e r ，p i e 仃e a n t o i n eb o u i t ，q i a n l ic l l e l l ，e ta 1 e 舔c i e i l te l e c 仃o n 仃a n s 向a n d s e n s i t i z e rr e g e n e r a t i o ni ns t a b l e 兀e x t e n d e dt e 仃a t h i a f u l v a l e n e s e n s i t i z e ds o l a rc e l l s j 】j a m c h e l l l s o c ，2 0 1 0 1 3 2 ：5 1 6 4 5 1 6 9 【2 2 】 k s y r e s ，a t h o m a s ，f b o n d i n o ，m m a l v e s n l t o ，a n dm g r at z e l d o p a m i n ea d s o 耐i o n o na n a t a s et i 0 2 ( 10 1 ) ：ap h o t o 锄i s s i o na 1 1 dn e x a f ss p e c t r o s c o p ys t u d yp 】：l 盘n g m u i r j 4 5 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 睁 p 邵 p 列 钾 习 印 刀 剐 卿 n n n n n n 北京化- 丁大学硕上学位论文 【2 3 】 【2 4 】 2 0 1 0 2 6 ：1 4 5 4 8 一1 4 5 5 5 t a n n i am a n n a d o ，m a ah a h l i n ，x i a oj i a n g ，e ta 1 s u r f a c em o l e c u l a rq u a n t i f i c a t i o n 锄d p h o t oe l e c t r o c h e m i c a lc h a r a c t e r i z a t i o no fm i x e do r g a n i cd y ea n dc o a d s o r b e n tl a y e r so n t i 0 2f o rd y e s e n s i t i z e ds o l a rc e l l s j p h y s c h e m c ，2 0 1 0 ，1 1 4 ：1 1 9 0 3 1 1 9 1 0 李沽，孔太凡，戴松元，等共吸附刺在染料敏化太刚能电池中的应用【j 】化学通报， 2 0 1 0 3 ：2 0 5 2 l l 【2 5 】 h u a j u nt i a n ，l i n h u ah u ，c h a n g i l e n gz h a n g ，e ta l - r e t a r d e dc h a r g er c c o m b i n a t i o ni i l d y e s e n s i t i z e dn i d g e n - d o p e dt i 0 2s o l a rc e u s 【j 】j p h y s c h e m c ，2 0 1 0 ， 11 4 ： l6 2 7 一1 6 3 2 【2 6 】 【2 7 】 【2 8 】 【2 9 】 【3 0 】 c h a n 萨e n gz h a n g ，y a n gh u a n g ，z h i p e n gh u o ，s h u a n g h o n gc h e na n gs o n g ”a l ld a i p h o t oe l e c t r o c h e m i c a le f f e c to f 星m a n d i n i u mt h i o c y a n a t eo nd y e s e n s i t i z e ds o l a rc