染料敏化太阳能电池的制备及输出特性分析

论文摘要

本论文在Ti02粉体中加入不同量的聚乙二醇400、OP乳化剂和乙酰丙酮,经球磨得到Ti02浆料,采用丝网印刷的工艺方法在基底上制备多孔Ti02薄膜阳极。为了正确反映浆料性能好坏,利用不同配方制备得到的浆料制备的阳极组装成电池,以电池的光电转换效率作为判断浆料性能好坏的标准。采用接触角、SEM、XRD、太阳能测试仪和电化学工作站进行表征及测试。试验中固定TiO2粉体、无水乙醇和水的用量,利用正交试验,选用L9(34)正交表,探讨浆料中聚乙二醇400、OP乳化剂、乙酰丙酮的量和球磨时间对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。研究结果表明：聚乙二醇400的量对电池性能影响的最大,其次是OP乳化剂、球磨时间、乙酰丙酮。浆料的最佳配方为聚乙二醇4000.4ml、OP乳化剂0.02ml、乙酰丙酮0.6ml和球磨时间4h,此配方制备的染料敏化太阳能电池光电转化效率η到达3.44%,与正交实验中组装电池的平均转换效率相比提高了42.7%。根据染料敏化太阳能电池的等效电路,应用MATLAB/Simulink工具建立仿真模型,对染料敏化太阳能电池的输出伏安特性及输出功率进行仿真,讨论串联电阻、分流电阻、光生电流密度、二极管特性因子和饱和电流对染料敏化太阳能电池性能的影响,并定量地分析了参数的变化对电池输出特性的影响。通过对染料敏化太阳能电池进行模拟分析,得出电池的伏安特性曲线是一个复杂的非线性曲线,其不具有简单的线性加和。通过对电池输出特性的分析,得到在制作电池时,电池基底阻值越小,材料之间的接触越紧密,串联电阻的阻值就会越小,得到DSSC的性能就越好；同时也可以通过在基底镀上一层致密膜,增加分流电阻的阻值,提高DSSC的性能。通过对电池的仿真来指导实验,使染料敏化太阳能电池结构得到进一步优化,也为染料敏化太阳能电池走向实用化奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 太阳能电池的基本概念
• 2.1.1 太阳能电池的伏安特性曲线
• 2.1.2 太阳能电池的物理数学模型
• 2.2 染料敏化太阳能电池
• 2.2.1 染料敏化太阳能电池的结构
• 2.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
• 2.2.3 染料敏化太阳能电池的光电转换特点
• 2.3 染料敏化太阳能电池的光阳极
• 2多孔膜'>2.3.1 纳米TiO₂多孔膜
• 2.3.2 染料敏化剂
• 2.4 染料敏化太阳能电池的电解质
• 2.5 染料敏化太阳能电池的对电极
• 2.6 选题的目的和意义
• 第三章 实验
• 3.1 实验药品
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验过程
• 2薄膜'>3.3.1 致密TiO₂薄膜
• 3.3.1.1 FTO导电玻璃基底的清洗
• 2薄膜的制备'>3.3.1.2 致密TiO₂薄膜的制备
• 3.3.2 二氧化钛印刷浆料的制备
• 3.3.2.1 实验一
• 3.3.2.2 实验二
• 2薄膜的制备'>3.3.3 多孔TiO₂薄膜的制备
• 3.3.4 染料敏化
• 3.3.5 电解质的制备
• 3.3.6 铂电极的制备
• 3.3.7 电池组装
• 3.4 染料敏化太阳能电池特性参数推算
• 3.4.1 DSSC的物理模型
• 3.4.2 DSSC的仿真模型
• 3.5 利用MATLAB/Simulink软件模拟分析
• 3.6 分析测试方法
• 3.6.1 接触角测试
• 3.6.2 厚度测试
• 3.6.3 SEM测试
• 3.6.4 X射线衍射分析
• 3.6.5 电性能测试
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 添加剂的润湿性
• 4.2 薄膜表面形貌分析
• 4.3 XRD分析
• 4.4 电池性能分析
• 4.5 染料敏化太阳能电池特性参数推算结果
• 4.5.1 染料敏化太阳能电池伏安特性曲线
• 4.5.2 染料敏化太阳能电池特性参数的推算
• 4.6 利用MATLAB/Simulink进行模拟仿真
• s对DSSC的影响'>4.6.1 串联电阻R_s对DSSC的影响
• sh对DSSC的影响'>4.6.2 分流电阻R_sh对DSSC的影响
• 4.6.3 光生电流密度对DSSC的影响
• 4.6.4 二极管特性因子和饱和电流对DSSC的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果