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2017-01-04 14:07   审核人:

 

圆角矩形标注: 注:论文中文题目不超过20个字,华文中宋,加粗,居中,段后2行,字号自定(建议采用小二号),但限一行内。
 

 

 

 


柔性染料敏化电池的制备、结构及功能特性研究

Preparation, Structure and Functional Properties on Flexible Dye-sensitized Solar Cells

圆角矩形标注: 注:论文英文题目采用Times New Roman 字体,加粗,居中,单倍行距,字号自定(建议采用小二号),但限二行内。 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

                      研究 生:赵丽佳

                      指导教师:曾    教授

圆角矩形标注: 注:华文中宋,加粗,三号,2倍行距。全日制学术型填“学科专业”,专业型填“学科领域”。                      学科专业:材料物理与化学

圆角矩形标注: 注:居中,宋体,三号,段前5.5行。二〇一一年十二月

 


圆角矩形标注: 注:字体宋体、四号字,1.5倍行距。 

 


分类号:                        学校代码:10153

圆角矩形标注: 注:华文中宋、一号字加粗,段前4行。U D C                            级:公 

圆角矩形标注: 注:华文中宋、小二号字,居中、加粗,段前1行。硕士学位论文

圆角矩形标注: 注:根据学科门类等不同,填“工学硕士”、“建筑学硕士”“法学硕士”、“管理学硕士”、“艺术学硕士”、“工程硕士”等。柔性染料敏化电池的制备、结构及功能特性研究

圆角矩形标注: 注:仿宋体,3号字,段前7行,1.5倍行距。圆角矩形标注: 注:宋体,3号字。 作者姓名:赵丽佳              入学年份:20099

指导教师:  尤 教授         学科专业:材料物理与化学

圆角矩形标注: 注:全日制学术型填“学科专业”,专业型填“学科领域”。在职填“学科领域”。 申请学位:工学硕士

所在单位:材料科学与工程学院    

圆角矩形标注: 注:宋体3号字,日期填阿拉伯字。圆角矩形标注: 注:仿宋字体,3号字,段前7行,1.5倍行距。论文提交日期:201111   论文答辩日期:201112

学位授予日期:20123     答辩委员会主席:朱浮声

答辩委员会组成:  朱浮声 唐明 张巨松 时方晓 谷亚新    

                                                     圆角矩形标注: 注:含答辩委员会主席,人数应为奇数。                                                 

论 文 评 阅 人 :  时方晓 王作明                         


圆角矩形标注: 注:此处是研究生对研究成果知识产权的声明。仿宋_GB2312四号字体,1.5倍行距。圆角矩形标注: 仿宋_GB2312二号字体,段前、段后各1行,1.5倍行距。 

圆角矩形标注: 注:此处须研究生本人签名,日期填阿拉伯数字,仿宋_GB2312四号字体,段前2行,1.5倍行距。首行缩进17个字。本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

作者签名:赵丽佳

    期:201112

圆角矩形标注: 仿宋_GB2312二号字体,段前8行、段后1行,1.5倍行距。注:此部分是研究生对学位论文的使用授权说明。具体格式要求同“声明”部分。学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、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磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(或其授权机构)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。(如作者和导师同意论文交流,请在下方签名;否则视为不同意。)

作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后:

不限□√   半年□    一年□    一年半□    两年□

作者签名:赵丽佳             导师签名:曾尤

圆角矩形标注: 注:此处是学位论文版权使用授权书。仿宋_GB2312四号字体,1.5倍行距。    期:20121             期:20121

 


圆角矩形标注: 注:摘要内容统一使用宋体小四号,1.25倍行距。圆角矩形标注: 注:黑体三号字,1.5倍行距,段前段后各1行。摘要

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,简称DSC)是新型的太阳能电池,克服了传统硅基太阳能电池污染严重、原材料硅成本高、制备工艺复杂的缺陷。而柔性染料敏化太阳能电池是继染料敏化太阳能电池的研究之后的以柔性导电基底代替导电玻璃的电池。传统的以铟的氧化物(简称ITO)导电玻璃为基底的染料敏化太阳能电池存在重量大、易碎、不易运输形状单一等问题,而柔性染料敏化太阳能电池解决了以上问题,但传统的柔性染料敏化太阳能电池通常为ITO/PEN或者ITO/PET透明导电薄膜基底,其中,ITO为铟的氧化物,由于铟为有毒元素并且又是稀少元素,同时ITO透明导电薄膜在制备的过程中,ITO是以颗粒的形式附着在柔性衬底材料上,所以在多次弯折以后会出现氧化物颗粒剥落。因此开发一种新型、易弯折、柔性的太阳能电池显得尤为重要。

本文的研究目的是利用碳纳米管透明导电薄膜为基底制备柔性染料敏化太阳能电池,通过优选不同的天然染料、合成染料,二氧化钛薄膜的制备方法、工作电极处理温度、对电极等各种因素,选择最佳的方案用于制备柔性染料敏化太阳能电池。以碳纳米管透明导电薄膜、钛片为基底制备柔性染料敏化太阳能电池。碳纳米管透明导电薄膜其透光性、导电性等是影响电池光电性能的重要因素。本文利用透光率分别为59%62%69%65%44%,相应电阻为380Ω/□、522Ω/□、1138Ω/□、612Ω/□和77Ω/的碳纳米管透明导电薄膜制备柔性染料敏化太阳能电池,获得了最大的短路电流(Isc)值和开路电压(Voc)值为0.83 mA/cm20.22V。碳纳米管透明导电薄膜由于其碳管具有一定的透光率和导电性能,以及碳管相互连通的结构,为电荷的传输提供了支撑骨架,但是由于透光率不高、电阻较大,并且由于二氧化钛颗粒与柔性基底附着力等因素的限制,所以制备的柔性染料敏化太阳能电池的光电性能参数还有待提高。本文又通过钛基片的阳极氧化获得二氧化钛纳米管阵列作为工作电极,制备的柔性染料敏化太阳能电池,其Isc0.59mA/cm2Voc0.55V。由于钛基片上生长的二氧化钛比较致密,染料的吸附量有限,又由于从对电极照射,造成光线多次被吸收,都是造成其光电性能低的原因。

碳材料来源广泛、成本低廉,利用碳纳米管透明导电薄膜作为柔性染料敏化太阳能电池的工作电极,其中碳管的连通结构能够为电荷的传输起到骨架的作用,并产生一定的电流值,所以碳材料有望在染料敏化太阳能电池领域得到广泛应用。

关键词:碳纳米管透明导电薄膜;柔性;染料敏化太阳能电池;制备;性能

 

圆角矩形标注: 注:关键词统一使用黑体小四号,加粗,段前1行,1.25倍行距关键词之间用分号相连。 

 

 

 

 



圆角矩形标注: 注:Times New Roman 三号字,加粗,1.5倍行距。段前段后各一行。圆角矩形标注: 注:摘要内容统一使用Time New Roman小四号,1.25倍行距。Abstract

Dye-sensitized solar cell (DSC) is a new type of solar battery, which overcome the pollution, high cost, complex preparation processing of traditional silicon-based solar cell .Flexible DSC is after the research of the DSC based on flexible conductive substrate instead of ITO glass. The traditional ITO DSC exists some problems, such as high weight, fragile, hard transportation, shape single. The flexible DSC has solved those .But the traditional flexible DSC based on ITO or FTO /PEN or PET, for the ITO, In is rare element and toxic, and ITO is attached to the flexible substrate in the form of particles, so after many times bending, the ITO particles are easy peeling. So, it is important to developing a new , flexible solar cell.

圆角矩形标注: 注:关键词使用Time New Roman小四号,加粗,段前1行,1.25倍行距。关键词间用分号相连。The purpose of this article is using carbon nanotube transparent conductive films (CNT TCFs)to prepare flexible DSC. Through the optimization of different natural dyes, synthetic dyes, the preparation methods of TiO2 films, processing temperature of working electrode and counter electrode, choosing the best scheme for the preparation of flexible DSC based on CNT TCFs and Ti. The transmission of light and conductivity of CNT TCFs are important factors affecting on flexible DSC.In this paper, we used the CNT TCFs with the light transmittance of 59%62%69%65% and 44%,especially,correspongding resistance for 380Ω/□522Ω/□1138Ω/□612Ω/□and 77Ω/□ prepare flexible DSC ,we got the Jsc for 0.83 mA/cm2, Voc for 0.22V.The transmission,conductivity and the realization structure of CNT TCFs provide supporting frame for charge.But because the transmission rate is not high,the resistance is bigger,the adhesion between titanium dioxide particles and the flexible substrate,the performance parameters of flexible DSC need to improve.In this paper,we also prepared DSC based on Ti/TiO2 ,trough anodic oxidation .We got the Jsc for 0.59 mA/cm2, Voc for 0.55V.Because the TiO2 growing on Ti is more dense, the dye adsorption capacity is limited and radiation from the counter electrode , the performance parameters are not high.

Easy source supply of carbon material, and the cost of it is low, in the CNT TCFs of flexible DSC, the connected structure of carbon nanotube play a role of skeleton for charge, so carbon material is expected to be widely used in DSC areas.

Keywords: Carbon nanotubes transparent conductive filmFlexibleDye-sensitized solar cellsPreparationPerformance

 

 

 


圆角矩形标注: 注:黑体,三号字,1.5倍行距。段前段后各一行。目次与摘要相同,必须有英文目次。目次

摘  要...................................................................... I

Abstract.................................................................. III

第一章 绪 论................................................................ 1

1.1前言............................................................... 1

1.2 太阳能电池的发展................................................... 1

1.3 染料敏化电池的结构及工作原理....................................... 2

1.3.1 结构.......................................................... 2

1.3.2 工作原理...................................................... 2

1.3.3参数评价....................................................... 3

1.4 二氧化钛工作电极................................................... 4

1.4.1基底材料的选择................................................. 4

1.4.2纳米多孔半导体薄膜............................................. 4

1.4.3 纳米二氧化钛薄膜的低温制备.................................... 5

1.5 敏化剂............................................................. 5

圆角矩形标注: 注:宋体,小四号字。1.25倍行距。1.6 电解质............................................................. 6

1.7 对电极............................................................. 7

1.8 目前存在的问题..................................................... 7

1.9 课题思路、研究目的和意义........................................... 8

1.10研究内容........................................................... 8

第二章 实验部分............................................................ 11

2.1 前言.............................................................. 11

2.2 主要实验原料及仪器................................................ 11

2.2.1 主要实验原料................................................. 11

2.2.2 主要实验仪器................................................. 11

2.3 染料敏化太阳能电池的制备.......................................... 12

2.3.1导电基底材料的处理............................................ 12

2.3.2 二氧化钛工作电极的制备....................................... 12

2.3.3 制备染料..................................................... 14

2.3.4 染料浸润..................................................... 14

2.3.5 电解液的制备................................................. 14

2.3.6 对电极的制备................................................. 14

2.3.7 电池的组装................................................... 14

2.4 碳纳米管透明导电薄膜基柔性染料敏化太阳能电池的制备................ 14


2.5 测试与表征........................................................ 15

2.5.1 导电基底材料与工作电极的微观结构表征......................... 15

2.5.2 染料对可见光的吸收性能测试................................... 15

2.5.3 导电基底导电性能测试......................................... 15

2.5.4 导电基底透光率测试........................................... 16

2.5.5 电池电阻测试................................................. 16

2.5.6 电池的光电性能测试........................................... 16

2.6 电池光电性能参数评价.............................................. 16

第三章 染料敏化太阳能电池制备工艺优化...................................... 17

3.1 前言 .............................................................. 17

3.2不同温度处理二氧化钛工作电极表面的微观结构......................... 17

3.3 不同成膜方法制备的二氧化钛工作电极的表面形貌...................... 18

3.4 不同染料的紫外—可见光谱分析...................................... 19

3.5 不同染料的染料敏化太阳能电池的性能测试............................ 22

3.6 不同成膜方法制备染料敏化太阳能电池的伏安特性曲线.................. 24

3.7 不同温度处理的工作电极制备的染料敏化太阳能电池光电性能测试........ 25

3.8不同对电极染料敏化电池光电性能测试................................. 27

3.9 本章小结.......................................................... 28

第四章 柔性DSCD性能测试................................................... 31

4.1前言 .............................................................. 31

4.2碳纳米管透明导电膜基染料敏化太阳能电池的性能测试................... 31

4.2.1 酸处理对CNT膜性能的影响..................................... 31

4.2.2 不同CNT含量对CNTs薄膜透光率的影响.......................... 32

4.2.3 不同温度处理对碳纳米管透明导电膜工作电极表面形貌的影响....... 33

4.2.4 不同CNT含量的CNT薄膜工作电极制备柔性染料敏化太阳能电池的性能测试 34

4.2.5 制备染料敏化太阳能电池后CNT薄膜与初始CNT薄膜拉曼光谱分析... 35

4.3 本章小结.......................................................... 37

第五章 新型dsc的结构设计和与性能.......................................... 39

5.1 前言.............................................................. 39

5.2 主要实验药品及仪器................................................ 39

5.3 钛基ATNTA柔性染料敏化太阳能电池的性能测试........................ 40

5.4 光栅光阳极染料敏化太阳能电池的制备................................ 41

5.4.1 导电基底材料的处理........................................... 41

5.4.2 二氧化钛工作电极的制备....................................... 41

5.4.3 制备染料..................................................... 42


5.4.4 染料浸润..................................................... 42

5.4.5 电解液的制备................................................. 42

5.4.6 对电极的制备................................................. 42

5.4.7 电池的组装................................................... 42

5.5 光栅光阳极染料敏化太阳能电池的性能测试............................ 43

5.6 本章小结.......................................................... 44

第六章 结论................................................................ 45

参考文献................................................................... 47

作者简介................................................................... 51

致 谢...................................................................... 53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


圆角矩形标注: 注:Times New Roma,三号字,加粗,1.5倍行距。段前段后各一行。Contents

Abatract............................................................................................................................................ I

Abstract......................................................................................................................................... III

chapter 1 Introduction.................................................................................................................... 1

1.1 Preface............................................................................................................................ 1 

1.2 The Development of Solar Cell........................................................................................ 1

1.3 Structure and Working Principle of DSC......................................................................... 2

1.3.1 Structure.................................................................................................................. 2

1.3.2 Working Principle.................................................................................................... 2

1.3.3 Evaluation Parameters............................................................................................. 3

1.4 TiO2 Working Electrode................................................................................................... 4

1.4.1 Selection of Base Materials..................................................................................... 4

1.4.2 Nanoporous Semiconductor Film............................................................................ 4

1.4.3 The Low-temperature Preparation Methode of NanoTiO2 Thin Film..................... 5

1.5 Sensitizer.......................................................................................................................... 5

1.6 Electrolyte........................................................................................................................ 6

1.7 Counter Electrode............................................................................................................ 7

1.8 The Problems at Present................................................................................................... 7

1.9 Subject ThoughtResearch Purposes and Meanings...................................................... 8

1.10 Research Contents.......................................................................................................... 8

chapter 2 Experimental Section.................................................................................................... 11

2.1 Preface............................................................................................................................ 11

圆角矩形标注: 注:Times New Roma,小四号字。1.25倍行距。2.2 The Mainexperimental Raw Materials and Equipents.................................................... 11

2.2.1 The Main Experimental Raw Materials................................................................. 11

2.2.2 The Main Experimental Equipmens....................................................................... 11

2.3 The Preparation of DSC................................................................................................. 12

2.3.1 The Processing of Basement Materials.................................................................. 12

2.3.2 The Preparation of TiO2 Working Electrode.......................................................... 12

2.3.3 The Preparation of Dyes........................................................................................ 14

2.3.4 Dye Infiltration...................................................................................................... 14

2.3.5 The Preparation of Electrolyte............................................................................... 14

2.3.6 The Preparation of Counter Electrode................................................................... 14

2.3.7 Battery Assembly.................................................................................................. 14

2.4 The Preparation of Flexible DSC Based on Carbon Nanotube Tranperant Conductive Films(CNT TCFs) 14

2.5 Test and Characterized................................................................................................... 15

2.5.1 Microscopic Structure Characterizationof Conductive Basement and Working Electrode 15


2.5.2 The Absorption Performence Test of Dye to VisibleLight.................................... 15

2.5.3 The Performance Tese of Conductive Basement................................................... 15

2.5.4 The Light Transmittance of Conductive Basement............................................... 16

2.5.5 The Resistance Test of DSC.................................................................................. 16

2.5.6 The Photoelectric Properties of DSC.................................................................... 16

2.6 The Photoelectric Performance Parameters Evaluation of DSC.................................... 16

chapter 3 The Preparation Procee Optimization of DSC.............................................................. 17

3.1 Preface............................................................................................................................ 17

3.2 Microscopic Structure of TiO2Working Electrode with Different Treat Temperatures 17

3.3 Surface Topograghy of TiO2 Working Electrodes with Different Preparation Methods 18

3.4 UV-vis of Different Dyes.............................................................................................. 19

3.5 The Performance Test of DSC with Different Dyes...................................................... 22

3.6 The Performance Test of DSC of TiO2 Working Electrodes with Different Preparation Methods  24

3.7 The Performance Test of DSC of TiO2 Working Electrodes with Different Treat Temperatures 25

3.8 The Performance Test of DSC of Different Counter Electrodes................................... 27

3.9 Conclusions of this Chapter........................................................................................... 28

 Chapter 4 The Performance Test of Flexible DSC...................................................................... 31

4.1 Preface............................................................................................................................ 31

4.2 The Performance Test of Flexible DSC Based on CNT TCFs....................................... 31

4.2.1 The Influence of AcidTreatment on the Performance of CNT Films.................... 31

4.2.2 The Influence of CNT Contents on the Light Transimittance of Film.................. 32

4.2.3 The Influence of CNT Contents on Surface Topograghy of Films....................... 33

4.2.4 The Performance Test of Flexible DSC of CNT Films with Different CNT contents 34

4.2.5 Raman Spectral Analysis of CNT Films Before and afer Using........................... 35

4.3 Conclusions of this Chapter........................................................................................... 37

Chapter 5 Structure Design and Performance of New DSC......................................................... 39

5.1 Preface............................................................................................................................ 39

5.2 The Mainexperimental Raw Materials and Equipents.................................................... 39

5.3 The Performance Test of DSC Based on Ti/TiO2........................................................... 40

5.4 The Preparation of DSC of GrilleLight Anode.............................................................. 41

5.4.1 The Processing of Basement Materials.................................................................. 41

5.4.2 The Preparation of TiO2 Working Electrode.......................................................... 41

5.4.3 The Preparation of Dyes........................................................................................ 42

5.4.4 Dye Infiltration...................................................................................................... 42

5.4.5 The Preparation of Electrolyte............................................................................... 42

5.4.6 The Preparation of Counter Electrode................................................................... 42

5.4.7 Battery Assembly.................................................................................................. 42


5.5 The Performance Test of DSC of GrilleLight Anode.................................................... 43

5.6 Conclusions of this Chapter....................................................................................... 44

Chapter 6 Conclusions................................................................................................................... 45

References..................................................................................................................................... 47

Author Introduction...................................................................................................................... 51

Thanks............................................................................................................................................ 53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


圆角矩形标注: 注:黑体,三号字。1.5倍行距。段前段后各一行。圆角矩形标注: 注:宋体,四号字,加粗,1.25倍行距。段前段后各0.5行。圆角矩形标注: 注:正文宋体,小四号字,1.25倍行距。第一章 绪 论

1.1前言

圆角矩形标注: 注:宋体,小四号字,加粗,1.25倍行距。段前段后各0.5行。能源是我们人类社会永远的主题。进入21世纪,随着社会工业化的发展,人类社会将要更快面临能源危机。我们目前使用的煤、石油、天然气等化石能源是有限的、不可再生的资源。与国外相比,我国的能源系统更加不可持续,能源危机更加严峻:我国人口基数大,各种资源按人均比例计算,远不如发达国家;加上我国利用能源的技术还相对落后、效率比较低、并且能耗高,资源枯竭的速度很可能会比国外来的迅速。在寻找新能源的过程中,风能、水能、潮汐能等资源都为可再生能源,但是其利用效率不可加,都存在一系列问题,而太阳能以其清洁、卫生、受地域限制小、来源广泛、利用率高、无污染等优势作为一种可再生绿色能源,越来越受到重视。而我国太阳能资源相当丰富,跟据统计,我国除了云贵高原等部分地区之外,大部分区域都为可以利用太阳能的区域。地球每年获得的太阳能量大约为5.4×1024J[1],全球每年对于的煤炭的需求量为1.09×1020J的能量(一吨煤大约能够产生2.931×1010J的能量)[2],由此可以看出,只要太阳能的一小部分能够被合理利用就可以解决能源问题。因此,无论是从经济可持续发展之路、保护人类社会赖以生存的环境,还是以一种新途径来缓解能源问题的角度出发,对太阳能资源的开发和利用都具有重大的意义[3-5]

1.3 染料敏化电池的结构及机理

1.3.1 DSC的结构

DSC组成包括:导电基底材料、半导体多孔膜、电解质和染料。导电基底材料为衬底和表面的导电膜,导电基底和上面附着的纳米薄膜作为电池的工作电极,再进行吸附染料。

1.3.2 工作原理

1.1 染料敏化太阳能电池机理示意图[1]

Fig. 1.1 Mechanization schematic diagram of DSC[1]


1.1为染料敏化太阳能电池的原理图[10]。光生电流通过光照之后产生的过程中,包括七个过程如下:

1)光照到电池后,染料(D)吸收光的能量后由基态变为激发态(D×):

                 D + h� D×                                  (1.1)

2)当染料变成激发态之后,激发态的电子会注入到半导体的导带(电子注入的速率常数为kinj):

                 D× D+ +e-(CB)                               (1.2)

1.3.3参数评价

DSC的主要参数包括:(1)短路光电流(Current of Short Circuit, Isc):电路处于短路 (即电阻为零) 时的光电流称为短路光电流;(2)开路光电压(Voltage of Open Circuit, Voc):电路处于开路 (电阻为无穷大) 状态时的光电压称开路光电压;(3)填充因子(Fill Factor, FF):电池具有最大输出功率 (Popt) 时的电流 (Iopt) 和电压 (Vopt) 的乘积与短路光电流和开路光电压乘积的比值称为填充因子。计算公式如下

    FF = Popt / (Isc � Voc) = (Iopt � Vopt) / (Isc � Voc)                         (1.8)

圆角矩形标注: 图段前0.5行。    4)光能-电能转化效率(h) 电池的最大输出功率与输入光功率(Pin)的比值称为光能-电能转化效率,又叫能量转化效率。计算公式如下

 = Popt / Pin = (FF � Isc � Voc) / Pin                                  (1.9)

圆角矩形标注: 标值线圆角矩形标注: 标目圆角矩形标注: 标目圆角矩形标注: 坐标轴圆角矩形标注: 标值

圆角矩形标注: 图题,宋体,五号字,1.25倍行距,段前0.5行。1.2 染料敏化太阳能电池的I – V曲线[1]

圆角矩形标注: 图序,宋体,五号字,1.25倍行距,段后0.5行。Fig. 1.2 I-V carve of DSC[1]


第二章 实验部分

2.1 前言

染料敏化太阳能电池的制备包括二氧化钛光阳极的制备、电解液的配置、对电极的制备、电池的封装等几个部分。

2.2 主要实验原料及仪器

2.2.1 主要实验原料

圆角矩形标注: 英文表题,宋体,五号字,1.25倍行距,段后0.5行。圆角矩形标注: 表题,宋体,五号字,1.25倍行距,段前0.5行。    本论文通过对染料敏化太阳能电池光阳极处理温度、不同染料、不同对电极等部分进行优化,旨在得出较佳的制备工艺以制备柔性染料敏化太阳能电池,所需实验原料如表2.1所示。

圆角矩形标注: 线型1.5磅2.1 主要实验药品

Table 2.1 Experiment materials

药品

纯度

生产厂家

纳米二氧化钛(P25)

——

圆角矩形标注: 线型1磅Degussa

聚乙二醇2000

化学纯

    国药集团试剂有限公司

ITO导电玻璃

透光率80%以上

金属所自制

碳纳米管透明导电

透光率60%左右

金属所自制

圆角矩形标注: 线型1.5磅

圆角矩形标注: 三级标题圆角矩形标注: 二级标题2.3 染料敏化太阳能电池的制备

2.3.1导电基底材料的处理

1ITO导电玻璃的处理:将ITO导电玻璃切成12mm×18mm,分别用蒸馏水、无水乙醇、丙酮清洗,自然条件下晾干,待用。

2CNT透明导电膜的处理:

    a)将碳纳米管透明导电薄膜(CNT膜)切成12mm×18mm,分别用蒸馏水、无水乙醇、丙酮清洗,自然条件下晾干,待用。

    bCNT膜的酸处理:按体积比为26:2配置硝酸的水溶液,将清洗后的CNT膜浸在酸溶液中2小时,之后用蒸馏水清洗,晾干,待用。


第三章 染料敏化太阳能电池制备工艺优化

3.1 前言

染料敏化太阳能电池的各部分组成中,染料接受光照后,其分子由基态变成激发态,要求染料分子在可见光范围内有更宽的吸收范围,激发态分子跃迁到纳米二氧化钛的导带,要求纳米二氧化钛颗粒要增加粗糙度,吸附足够多的染料,导带中的电子在纳米二氧化钛网络中传输到对电极,完成整个回路,染料变成激发态之后要通过电解液将其还原,而电解液中通常是碘/碘化活泼金属,高效的有机溶剂作为溶解电解质的液体,电解液将染料还原后,需要对电极将其还原,所以电池的各个组成因素的性能对于电池的光电特性都具有重要的影响。因此,本章从二氧化钛薄膜的制备方法、染料的种类、对电极等各个部分的优选和对比,分析各个因素对于电池性能的影响,选择最优方案。

3.2不同温度处理二氧化钛工作电极表面的微观结构

纳米二氧化钛的粒径小,表面活性高,具有独特的尺寸效应和量子效应,而在其他报道中,二氧化钛是染料敏化太阳能电池中阳极半导体材料的最佳选择,所以本文选用纳米二氧化钛作为工作电极中的半导体化合物。纳米二氧化钛分为三种晶型:锐钛矿型、金红石型、板钛矿型。常温制备的二氧化钛薄膜在400℃以下退火后为无定型结构,400℃以上退火后出现锐钛矿,600℃以上退火后开始出现金红石相[42]。而锐钛矿型型二氧化钛颗粒的比表面积最大,所以对纳米二氧化钛薄膜进行一定的温度处理有利于薄膜具有更大的孔隙,并且吸附的染料更多。

 

3.1 不同温度处理二氧化钛工作电极的SEM图片:未进行温度处理的二氧化钛薄膜(a);450℃条件处理的纳米二氧化钛薄膜(b

Fig. 3.1 SEM of TiO2 working electrodes by different temperatures treatments: TiO2 film before treatment (a); TiO2 film after 450 treatment(b)


第六章 结论

本文利用碳纳米管透明导电薄膜为基底制备柔性染料敏化太阳能电池,碳纳米管透明导电薄膜代替传统的ITO导电膜,因为在ITO导电膜中,铟为有毒元素,又为稀少元素,而碳纳米管透明导电薄膜的光电性能特殊,在光学期间和太阳能电池领域都有广泛的应用前景。

本文通过优选各种不同的天然染料和合成染料、对电极材料、工作电极处理温度等因素,优化实验方案,制备柔性染料敏化太阳能电池。得出的结论如下:

1)通过选择不同的染料,对比天然染料和合成染料制备的染料敏化太阳能电池的光电性能及染料本身对于可见光的吸收情况,天然染料中,选择的紫色海棠花花瓣提取液作为天然染料较小白菜提取液作为天然染料制备的染料敏化太阳能电池光电性能参数高。选择两种合成染料N3N719制备染料敏化太阳能电池,获得较高的光电性能参数,由于合成染料中具有可以和二氧化钛颗粒形成键桥,有大大提高电子在薄膜内部的传输效率。

2)经研究和实验证明,金属铂对电极比用6B铅笔涂在导电玻璃表面制备的对电极制成的染料敏化太阳能电池具有更好的光电性能参数。通过优化制备出DSC的短路电流密度为11.7mA/cm2,开路电压为0.67V,填充因子为0.56,光电转换效率为4%

3)以不同CNT含量的CNT透明导电薄膜制备柔性染料敏化太阳能电池,获得短路电流密度为0.83mA/cm2,开路电压为0.17V。通过拉曼光谱分析,光电流的产生没有对碳管进行刻蚀。说明,以碳纳米管透明导电薄膜作为柔性染料敏化电池的阳极基底材料是可行的。

4)对工作电极不同的温度处理仍然是影响染料敏化太阳能电池的重要因素。柔性染料敏化太阳能电池基底耐温性差,所以利用原位生长法制备二氧化钛薄膜。以金属钛片为基底,通过原位生长二氧化钛纳米管阵列作为染料敏化太阳能电池的光阳极,制备的柔性电池开路电压为0.55伏、短路电流密度为0.59mA/cm2,填充因子为0.36,光电转换效率为0.1%。性能不高可能的原因在于:制备的ATNTA结构致密,吸附的染料少,对染料的利用率低;其次,由于钛片的不透光性,所以只能采用光照射铂对电极的方法进行线性扫描测试,也是造成电池光电流不高的原因。

 

 

 


圆角矩形标注: 注:正文中文宋体,五号字,英文Time New Roman体,五号字,1.25倍行距。圆角矩形标注: 注:黑体,三号字,1.5倍行距,段前段后各一行。参考文献

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圆角矩形标注: 注:黑体,四号字。1.25倍行距,段前段后各空2行。作者简介

 

 

 

XXX,女,XXXXXX月生于辽宁省锦州市。

2005.9~2009.7 沈阳建筑大学,材料科学与工程学院,理学学士学位。

2009.9~2012.3 沈阳建筑大学,材料科学与工程学院,攻读材料物理与化学专业工学硕士学位,师从某某老师。

圆角矩形标注: 注:宋体,四号字,加粗,1.25倍行距段前段后各空2行。圆角矩形标注: 注:宋体,小四号字,左缩进0.85,1.25倍行距。作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

1)赵丽佳,甄影,陈曦,曾尤,《以碳纳米管和石墨烯透明导电膜为基的柔性染料敏化太阳能电池》,2010年中国可再生能源科技发展大会论文集第三卷,ISTP收录,201012月;

圆角矩形标注: 注:中文宋体,小四号字,英文Time New Roman体,小四号字,1.25倍行距。2You Zeng, Lijia Zhao,Ying ZhenPreparation and photovoltaic properties of flexible dye-sensitized solar cells,AM2011 Emerging Focus on Advanced MaterialsEI收录,20114月;

3)时方晓,陈曦,赵丽佳,曾尤,《薄膜太阳能电池在建筑中的应用》,2010中国可再生能源科技发展大会论文集第二卷,ISTP收录,201012月;

4)曾尤,卢桂霞,赵丽佳,《颗粒整形再生胶砂的工作性和强度的研究》,沈阳建筑大学学报,20113月。

作者在攻读硕士学位期间获国家发明专利

1)曾尤,赵丽佳,《异型光伏构件柔性染料敏化太阳能电池及制备方法和应用》,申请号201110318234.7,20111019日;

2)曾尤,吴文栋,卢桂霞,赵丽佳,《具有多层次孔结构的聚苯胺/碳纳米管吸附剂及制备方法》,申请号201010557024.9201011月;

3)曾尤,卢桂霞,吴文栋,赵丽佳,《一种耐大电流的热敏电阻聚合物复合材料及其制备方法》,申请号201010558096.5201011月。

 

 

 


圆角矩形标注: 注:黑体,三号,1.5倍行距,段前段后各1行。

在本文完成之际,借此机会向所有知道、帮助和关心过我的人们致以最诚挚的谢意!

本文是在尊敬的某某教授精心指导下完成的。两年多来,某老师在我的论文工作中倾注了大量的心血。老师渊博的学识、严谨的治学态度、活跃的思维、敏锐的洞察力和平易近人的工作作风都给我树立了学习的榜样,将对我今后的工作和生活产生深刻的影响。同时某老师还高度关注我们的个人成长,言传身教做人做事的道理,将使我受益终生,我向某老师表示最诚挚的感谢!

沈阳建筑大学的两年半硕士研究生生活是我人生中非常难忘的一段经历,学校浓郁的学术氛围和严谨求实的治学精神深深吸引了我。在这里,我开阔了视野,增长了知识,最重要的是在这美好的两年半里,遇到了很多良师益友,使我有勇气和力量面对未来。感谢材料学院所有的老师对于我课题实验的指导。同时,感谢2009级全体同学,师妹们和学弟们的鼓励和帮助,与他们结下的真挚友谊是我今生的宝贵财富!

衷心感谢以上提及和因匆忙和疏忽而没有提及的所有关心和帮助过我的人们!

对参加本论文评阅和答辩的各位老师和同学致以诚挚的谢意!

在此,要特别感谢我的家人对我在学习和生活上的支持,使我能全身心的投入到课题研究中。

圆角矩形标注: 注:正文宋体,小四号字,1.25倍行距。 

 

 

 

 

 

 

 


                                                     某某某

                                           201111月于沈阳建筑大学


论文编号:

圆角矩形标注: 注:华文中宋,加粗,三号字,2倍行距。课题来源:辽宁省教育厅重点实验室项目

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