静电雾化技术制备大面积染料敏化电池

作     者：许赞扬 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：时方晓

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：染料敏化太阳能电池 静电雾化 喷镀速度 AZO薄膜 导电衬底 

摘      要：染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell)是一种新型光电化学太阳能电池,与传统硅基半导体电池相比,由于其成本低、性能稳定、制备工艺简单、对环境无污染等优点而引起很多研究者的兴趣。纳米晶TiO2薄膜电极是DSSC的关键,其性能的好坏直接影响到DSSC的转换效率。透明导电衬底是染料敏化太阳能电池制作中的必备材料,可作为电池的减反射层和透明电极使用,增加可见光的透光率,使电池的转换效率得以提高。因此制备性能良好的纳米晶TiO2薄膜电极和透明导电衬底是优化大面积DSSC性能的关键。本文采用静电雾化技术和精密控制平台相结合,组装成静电雾化自动喷镀加工平台,通过喷头的匀速移动实现了TiO2薄膜的大面积均匀喷涂。通过实验研究考察了不同的喷头移动速度对大面积纳米晶TiO2薄膜电极厚度和表面形貌的影响,制备了性能良好的单条TiO2薄膜和并联TiO2薄膜,并组装成大面积单条DSSC和并联结构DSSC。研究表明：通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)对TiO2薄膜的微观结构分析观察,以喷镀速度为4mm/s制备的TiO2薄膜,厚度为50μm左右,且成膜均匀性好,薄膜不易开裂,TiO2纳米粒子相互连接构成二维网状、多微孔的结构,有利于对染料的吸附,组装成DSSC的光电转换效率最高,其最高值为4.21%。本文还利用静电雾化自动加工平台,制备了透明导电衬底掺铝的氧化锌(Al：ZnO,AZO)薄膜,利用正交设计试验(正交表L9(34))研究了溶胶浓度,掺杂浓度,喷镀速度,热处理温度等因素对AZO导电薄膜的影响,通过把薄膜透光率和电阻的极差大小进行比对,确定了四因素对薄膜透光性和方块电阻影响的主次顺序。利用直观分析法,综合分析了这两个性能指标,就可以对AZO导电薄膜的生产优化工艺进行确定：溶胶凝胶的浓度为035mol/L, Al的掺杂浓度为1%,喷镀速度为4mm/s,热处理温度为500℃。最后我们制备出了较好性能的AZO导电衬底,并且在可见光范围内导电衬底的透光率为70%,方块电阻为210KΩ。上述研究结果表明,利用精密控制加工平台和静电雾化技术相结合来制备大面积DSSC是可行的。本文的研究将为大面积DSSC向工业化生产转化提供借鉴和参考。