畢業(yè)論文：耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格的制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格的制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用
院（系） 材料科學(xué)與工程學(xué)院
專 業(yè) 材料科學(xué)與工程專業(yè)

摘 要

本文介紹了染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，制備了一種以AgNO3和鄰苯二胺為原料的Ag納米顆粒，并制備了耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格,并且將其應(yīng)用于大面積染料敏化太陽能電池（DSSC）中。研究了TiO2摻雜量在室溫下對銀導(dǎo)電網(wǎng)格導(dǎo)電率的影響，發(fā)現(xiàn)TiO2膜對銀網(wǎng)格具有保護作用，從而使DSSC的光電性能也獲得提高。
關(guān)鍵詞：大面積，染料敏化太陽能電池，耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格

ABSTRACT
The structure and working principle of the dye-sensitized solar cell are introduced in this paper. A kind of preparation AgNO3 and o-phenylenediamine as raw materials, the preparation of nanometer particle Ag and the corrosion resistant to iodine, and silver conductive mesh applied to the large area DSSC .Studied under room temperature TiO2 doped amount of silver conductive grid conductivity of TiO2
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有清潔、便利、取之不盡、用之不竭、免維護等優(yōu)點，將成為21世紀(jì)最有希望的能源之一。據(jù)估計，每年太陽提供給地球的能量為3.2*1024J，大約相當(dāng)于人類目前消耗能量的10000倍。如果以光電轉(zhuǎn)換效率為10％的光電器件覆蓋0.1％的地球表面，就足以滿足目前全人類的能源需要。因此，利用太陽能的研究和應(yīng)用，具有重大的社會和經(jīng)濟價值。而光電太陽能轉(zhuǎn)換是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，所以它的研究與開發(fā)，早已被世界各國政府所高度重視。
早在150多年前，Becquerel[1]等人將兩個電極放在電解液里，光照其中的一個電極，檢測到了光電壓，發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)。但是，長久以來并沒有實用化的器件問世。到了本世紀(jì)五十年代，硅系半導(dǎo)體材料得到了廣泛的研究。1954年，轉(zhuǎn)換效率為6.0％的p-n結(jié)太陽能電池在貝爾實驗室誕生，這是第一個實用化的光電轉(zhuǎn)換器件，此后半導(dǎo)體硅太陽能電池被廣泛的應(yīng)用于衛(wèi)星、航天、軍事等領(lǐng)域。盡管單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率很高，復(fù)雜的制作工藝、繁瑣的組裝過程、硅材料的短缺、以及高額的成本都限制了它的廣泛應(yīng)用。因此，它很難真正地達到替代常規(guī)能源，被更大規(guī)模的使用。為了解決這個問題，世界各國的研究者都在努力開發(fā)新型太陽能電池。
1991年瑞士Gratzel[2]教授在Nature上報道了一種光電轉(zhuǎn)化效率達7.1％的染料敏化太陽能電池(DSSC)，開辟了太陽能電池一個新的領(lǐng)域。DSSC不同于一般半導(dǎo)體的固結(jié)和液結(jié)太陽能電池，它是基于半導(dǎo)體納米晶多孔薄膜電極的光電化學(xué)過程，并是一個以多數(shù)載流予為基礎(chǔ)的光電轉(zhuǎn)化機制，其工作原理和研究內(nèi)容涉及了由納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料所構(gòu)筑的新型光電極，納米半導(dǎo)體電極，電解液界面電荷轉(zhuǎn)移的熱力學(xué)和動力學(xué)，納米半導(dǎo)體電極的光譜敏化以及電解質(zhì)的質(zhì)量傳遞和其氧化還原過程的電催化等。
近年來，由于柔性DSSC具有重量輕、撓性好、抗沖擊、成本低、可進行各種形狀或表面設(shè)計等優(yōu)點，可勝任傳統(tǒng)剛性DSSC應(yīng)用的所有角色，而且能勝任一些剛性DSSC難以勝任的特殊曲面場合，如粘貼在其它物體的表面（例如汽車玻璃、衣服等），特別適合用在一些便攜設(shè)備上，并且柔性DSSC可采用成卷連續(xù)生產(chǎn)、快速涂布等技術(shù)，便于大面積生產(chǎn)，進一步降低生產(chǎn)成本，具有更強的競爭力，因而成為近年DSSC研究的又一個熱點[3,4]。
染料敏化太陽能電池具有制作成本低、生產(chǎn)工藝簡單、無污染、原材料豐富等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展前途的太陽能電池。現(xiàn)在小面積DSSC研究較多，但要實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的工業(yè)化發(fā)展，必須研究大面積的染料敏化太陽能電池。而目前大面積染料敏化太陽能電池存在著光電轉(zhuǎn)換效率低和長期穩(wěn)定性差等問題。
本文針對大面積DSSC的效率低和長期穩(wěn)定性差的問題進行了研究，制備了一種以AgNO3和鄰苯二胺為原料的Ag納米顆粒，并制備了耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格,并且將其應(yīng)用于大面積染料敏化太陽能電池（DSSC）中。研究了TiO2摻雜量在室溫下對銀導(dǎo)電網(wǎng)格導(dǎo)電率的影響，并對在導(dǎo)電玻璃上涂耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格和無涂耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格的大面積DSSC光電轉(zhuǎn)換效率進行測試和研究，從而使DSSC的光電性能也獲得提高。









第一章 大面積染料敏化太陽能電池概述
1.1 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)
染料敏化太陽能電池是一種再生型的太陽能電池 它是由導(dǎo)電玻璃基底，染料敏化半導(dǎo)體膜，氧化還原電解質(zhì)和鍍鉑對電極組成的‘三明治’式結(jié)構(gòu)[5,7]，如圖1.1所示。染料敏化半導(dǎo)體膜最常用的是納米晶TiO2多孔膜，其它的氧化物如ZnO，SnO2，Nb2O5等也被廣泛應(yīng)用。染料敏化半導(dǎo)體膜起到了吸附染料、分離電荷及傳輸光生載流子的功能，而吸收光能的作用則由其表面吸附的染料承擔(dān)。電池的對電極一般用鉑來修飾，除了具有吸收電子的作用外，鉑層還可以起到催化的作用，加快電解質(zhì)中氧化還原電對的轉(zhuǎn)換。電解質(zhì)按物態(tài)可以分為液態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)三類。

圖 1.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)
1.2 染料敏化太陽能電池的工作原理
染料敏化納米晶太陽能電池的工作原理與傳統(tǒng)光電化學(xué)太陽能電池的工作原理有很大差別，如圖1.2所示[6]。在染料敏化太陽能電池中，染料吸收可見光受激發(fā)后將電子注入半導(dǎo)體導(dǎo)帶，進入半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子，在納米晶TiO2多孔膜中輸運并被導(dǎo)電玻璃吸收最后經(jīng)外電路輸送到對電極，產(chǎn)生光電流，染料氧化態(tài)在TiO2電極上被I-還原，使染料獲得再生。同時電解質(zhì)溶液中的I3-在對電極上獲得電子被還原，從而完成了一個光電轉(zhuǎn)換的循環(huán)。其過程方程式表示如下：
基態(tài)染料+hν→激發(fā)態(tài)染料(染料激發(fā)) (1)
激發(fā)態(tài)染料+TiO2→e-(TiO2導(dǎo)帶)+氧化態(tài)染料(光電流產(chǎn)生) (2)
氧化態(tài)染料+還原態(tài)電解質(zhì)→基態(tài)染料+氧化態(tài)電解質(zhì)(染料還原) (3)
氧化態(tài)染料+e-(TiO2導(dǎo)帶)→基態(tài)染料(電子復(fù)合) (4)
氧化態(tài)電解質(zhì)+e-(TiO2導(dǎo)帶)→還原態(tài)電解質(zhì)(暗電流) (5)
氧化態(tài)電解質(zhì)+e-(陰極)→還原態(tài)電解質(zhì)(電解質(zhì)還原) (6)


圖 1.2 染料敏化太陽能電池的工作原理示意圖
其中，反應(yīng)(4)的反應(yīng)速率越小，電子復(fù)合的機會越小，電子注入的效率就越高；反應(yīng)(5)是造成電流損失的主要原因，(1)(2)(3)(6)完成一個光電反應(yīng)循環(huán)，產(chǎn)生光電流。從整個過程來看，只有光能轉(zhuǎn)化為電能而無其它物質(zhì)的變化與損失。從圖中可以看出敏化劑激發(fā)態(tài)、激發(fā)態(tài)的位置以及電解質(zhì)中氧化還原電對的電位都非常重要，只有配置合理，整個電池才能正常運行。從整體來看，染料敏化太陽能電池與傳統(tǒng)的太陽能電池 ……（未完，全文共17365字，當(dāng)前僅顯示3123字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：耐碘腐蝕銀導(dǎo)電網(wǎng)格的制備及在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用》）