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摘 要

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种被人们广泛关注的新兴太阳能电池，有着其独特的优势。对DSSC的开发研究在拓展电池的应用范围以及降低成本方面有着重大作用。本论文以水热方法制备纳米TiO₂微球为基础，优化不同类型的DSSC的制备方法，从而进一步提高电池的性能。主要内容概括如下：

以氟钛酸铵和聚乙二醇－600为原材料，通过水热法制备出型TiO₂微球，该微球平均直径约为3um。经SEM分析可知，TiO₂微球的表面有大量凹凸不平的棒状组成，有利于散射太阳光，充分利用光能。

选用不同浆料制备的DSSC有着不同的电池性能，本论文着重于三种DSSC： ①DSSC-1:丝印7层TiO₂。②DSSC-2：丝印7层P25。③DSSC-3：5层P25＋2层作为散射层的TiO₂。经实验得到， DSSC-1的转化效率为4.6%，DSSC-2的转化效率为6.4%，DSSC-3的转化效率为7.9%。这是因为在DSSC-3中将合成的大粒径的TiO₂作为散射层，光线通过P25后照射在该层上，由于其凹凸不平的表面，所以与DSSC-1和DSSC-2相比，更多的光线将折射回来，从而更加的充分利用太阳光。

关键字：染料敏化太阳能电池，TiO₂微球，光散射层

ABSTRACT

Dye sensitized solar cell (DSSC) is a kind of solar cell attracting more and more attention with its unique advantages. Researches on the development of DSSC show that this kind of solar cell can expand the range of batteries and reduce the cost. By hydrothermal method in this paper, on the basis of the preparation of nanometer TiO₂ microspheres we improve the methods of the preparation of different types of DSSC, so the performance of the battery could be further improved. Here is the method:

Use Ammonium fluoride titanate and polyethylene glycol - 600 as raw materials, prepare TiO₂ microspheres through hydrothermal. The average diameter of the microspheres was about 3 um. The SEM analysis shows that the surface of TiO₂ microspheres has a large number of uneven rods, which is beneficial to scattering light, making full use of light energy.

Different types of DSSC have different battery performances, this paper focuses on three kinds of DSSC: (1) DSSC-1: silk printed with 7 layers of TiO₂. (2)DSSC-2: silk printed with 7 layers of P25. (3) DSSC-3: silk printed with 5 layers of P25 2 layers of TiO₂ as the scattering layer.

From the results of the experiment, the conversion efficiency of DSSC - 1 was 4.6%, of DSSC - 2 was 6.4%, of DSSC - 3 to 7.9%. This is because in DSSC – 3, TiO₂being the scattering layer, after the light going through P25, it will irradiate on TiO₂, because TiO₂ particles have greater size than that of P25 particles, so compared with and DSSC-1 and DSSC-2, more light will reflect back, and make full use of light.

Keywords：Dye－sensitized solar cell, TiO₂ , light scattering

目录

摘要 1

ABSTRACT 2

第一章文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 染料敏化太阳能电池概述 1

1.2.1 染料敏化太阳能电池发展历程 1

1.2.2 染料敏化太阳电池的结构 2

1.2.3 染料敏化太阳能电池的工作原理 4

1.2.4 染料敏化太阳能电池的评价参数 4

1.3 论文的选题和研究内容 5

第二章 TiO₂微球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用 7

2.1实验部分 8

2.1.1 实验试剂 8

2.1.2 实验过程 9

2.1.3 分析与表征 10

2.2 结果与讨论 11

2.2.1 TiO₂的形貌与结构分析 11

2.2.2 TiO₂微球的XRD表征 12

2.2.3 电化学阻抗测试 12

2.2.4 染料吸附量分析 14

2.2.5电池的光电性能测试 15

本章小结 17

参考文献 18

致谢 20

第一章文献综述

1.1 引言

随着人类社会的发展，经济水平迅速提升，人类对能源的消耗也越来越多，不可再生资源已满足不了的人类的需求。开发利用可再生、无污染的绿色能源迫在眉睫。目前，太阳能与风能是可再生绿色能源里利用率较高的两种。然而，风能在很大程度上受到地域条件的限制，供能不稳定。而太阳能的使用不受地域限制，不存在运输问题，且在地球上的资源丰富，分布广泛，只要有光的地方就有太阳能，因此正在被人类广泛使用。据统计^[1]，每年到达地球表面的太阳能量达到3×10²⁴J，仅收集其中0.01%就能满足人类需求。

在众多太阳能的利用途径中，光电利用效率最高。运输简便并且可以储存转化的电能，使用极其方便，因此太阳能电池越来越受到人们的广泛关注。根据太阳能电池的产生与发展时间，大体上可以分为三代：第一代为单晶硅与多晶硅太阳能电池。其转化效率最高，可达25%，生产工艺成熟，已经实现产业化。但是，它对原材料要求严格、制作工艺复杂，生产成本较高并且污染较大。第二代为非晶硅电池及多元化合物薄膜太阳能电池^[2]。与第一代电池相比，它具有较低生产成本的优势，但是由于其生产工艺尚不成熟、转化效率较低并且具有较大的毒性所以所占市场份额较低。第三代为以染料敏化太阳能电池（DSSC）为代表的新兴薄膜太阳能电池^[3]。它因具有生产成本低、制作工艺简单、对环境要求低、无毒、有相对较高转化效率等优点而成为研究热点以及社会的关注。

1.2 染料敏化太阳能电池概述

1.2.1 染料敏化太阳能电池发展历程

染料敏化太阳能电池首次出现在大众面前是在1991年，瑞士联邦工学院的Grätzel教授在Nature期刊上的报道^[4]：使用平均直径为15nm的锐钛矿型TiO₂纳米晶来制备多孔薄膜并且吸附钌系染料制备光阳极与铂对电极组装电池，得到了7.1%的光电转化效率。自此，染料敏化太阳能电池以其低廉的制造成本、简单的制备工艺和相对较高的转化效率受到了广泛关注。经过20年的发展，到目前为止，液态电解质DSSC最高效率已超过12%^[5]，固

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