毕业论文：耐碘腐蚀银导电网格的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

耐碘腐蚀银导电网格的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用
院（系） 材料科学与工程学院
专 业 材料科学与工程专业

摘 要

本文介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理，制备了一种以AgNO3和邻苯二胺为原料的Ag纳米颗粒，并制备了耐碘腐蚀银导电网格,并且将其应用于大面积染料敏化太阳能电池（DSSC）中。研究了TiO2掺杂量在室温下对银导电网格导电率的影响，发现TiO2膜对银网格具有保护作用，从而使DSSC的光电性能也获得提高。
关键词：大面积，染料敏化太阳能电池，耐碘腐蚀银导电网格

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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有清洁、便利、取之不尽、用之不竭、免维护等优点，将成为21世纪最有希望的能源之一。据估计，每年太阳提供给地球的能量为3.2*1024J，大约相当于人类目前消耗能量的10000倍。如果以光电转换效率为10％的光电器件覆盖0.1％的地球表面，就足以满足目前全人类的能源需要。因此，利用太阳能的研究和应用，具有重大的社会和经济价值。而光电太阳能转换是将太阳能直接转换成电能的技术，所以它的研究与开发，早已被世界各国政府所高度重视。
早在150多年前，Becquerel[1]等人将两个电极放在电解液里，光照其中的一个电极，检测到了光电压，发现了光伏效应。但是，长久以来并没有实用化的器件问世。到了本世纪五十年代，硅系半导体材料得到了广泛的研究。1954年，转换效率为6.0％的p-n结太阳能电池在贝尔实验室诞生，这是第一个实用化的光电转换器件，此后半导体硅太阳能电池被广泛的应用于卫星、航天、军事等领域。尽管单晶硅太阳能电池的光电转化效率很高，复杂的制作工艺、繁琐的组装过程、硅材料的短缺、以及高额的成本都限制了它的广泛应用。因此，它很难真正地达到替代常规能源，被更大规模的使用。为了解决这个问题，世界各国的研究者都在努力开发新型太阳能电池。
1991年瑞士Gratzel[2]教授在Nature上报道了一种光电转化效率达7.1％的染料敏化太阳能电池(DSSC)，开辟了太阳能电池一个新的领域。DSSC不同于一般半导体的固结和液结太阳能电池，它是基于半导体纳米晶多孔薄膜电极的光电化学过程，并是一个以多数载流予为基础的光电转化机制，其工作原理和研究内容涉及了由纳米结构半导体材料所构筑的新型光电极，纳米半导体电极，电解液界面电荷转移的热力学和动力学，纳米半导体电极的光谱敏化以及电解质的质量传递和其氧化还原过程的电催化等。
近年来，由于柔性DSSC具有重量轻、挠性好、抗冲击、成本低、可进行各种形状或表面设计等优点，可胜任传统刚性DSSC应用的所有角色，而且能胜任一些刚性DSSC难以胜任的特殊曲面场合，如粘贴在其它物体的表面（例如汽车玻璃、衣服等），特别适合用在一些便携设备上，并且柔性DSSC可采用成卷连续生产、快速涂布等技术，便于大面积生产，进一步降低生产成本，具有更强的竞争力，因而成为近年DSSC研究的又一个热点[3,4]。
染料敏化太阳能电池具有制作成本低、生产工艺简单、无污染、原材料丰富等优点，是一种很有发展前途的太阳能电池。现在小面积DSSC研究较多，但要实现染料敏化太阳能电池的工业化发展，必须研究大面积的染料敏化太阳能电池。而目前大面积染料敏化太阳能电池存在着光电转换效率低和长期稳定性差等问题。
本文针对大面积DSSC的效率低和长期稳定性差的问题进行了研究，制备了一种以AgNO3和邻苯二胺为原料的Ag纳米颗粒，并制备了耐碘腐蚀银导电网格,并且将其应用于大面积染料敏化太阳能电池（DSSC）中。研究了TiO2掺杂量在室温下对银导电网格导电率的影响，并对在导电玻璃上涂耐碘腐蚀银导电网格和无涂耐碘腐蚀银导电网格的大面积DSSC光电转换效率进行测试和研究，从而使DSSC的光电性能也获得提高。









第一章 大面积染料敏化太阳能电池概述
1.1 染料敏化太阳能电池的基本结构
染料敏化太阳能电池是一种再生型的太阳能电池 它是由导电玻璃基底，染料敏化半导体膜，氧化还原电解质和镀铂对电极组成的‘三明治’式结构[5,7]，如图1.1所示。染料敏化半导体膜最常用的是纳米晶TiO2多孔膜，其它的氧化物如ZnO，SnO2，Nb2O5等也被广泛应用。染料敏化半导体膜起到了吸附染料、分离电荷及传输光生载流子的功能，而吸收光能的作用则由其表面吸附的染料承担。电池的对电极一般用铂来修饰，除了具有吸收电子的作用外，铂层还可以起到催化的作用，加快电解质中氧化还原电对的转换。电解质按物态可以分为液态、准固态和全固态三类。

图 1.1 染料敏化太阳能电池的结构
1.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理与传统光电化学太阳能电池的工作原理有很大差别，如图1.2所示[6]。在染料敏化太阳能电池中，染料吸收可见光受激发后将电子注入半导体导带，进入半导体导带中的电子，在纳米晶TiO2多孔膜中输运并被导电玻璃吸收最后经外电路输送到对电极，产生光电流，染料氧化态在TiO2电极上被I-还原，使染料获得再生。同时电解质溶液中的I3-在对电极上获得电子被还原，从而完成了一个光电转换的循环。其过程方程式表示如下：
基态染料+hν→激发态染料(染料激发) (1)
激发态染料+TiO2→e-(TiO2导带)+氧化态染料(光电流产生) (2)
氧化态染料+还原态电解质→基态染料+氧化态电解质(染料还原) (3)
氧化态染料+e-(TiO2导带)→基态染料(电子复合) (4)
氧化态电解质+e-(TiO2导带)→还原态电解质(暗电流) (5)
氧化态电解质+e-(阴极)→还原态电解质(电解质还原) (6)


图 1.2 染料敏化太阳能电池的工作原理示意图
其中，反应(4)的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高；反应(5)是造成电流损失的主要原因，(1)(2)(3)(6)完成一个光电反应循环，产生光电流。从整个过程来看，只有光能转化为电能而无其它物质的变化与损失。从图中可以看出敏化剂激发态、激发态的位置以及电解质中氧化还原电对的电位都非常重要，只有配置合理，整个电池才能正常运行。从整体来看，染料敏化太阳能电池与传统的太阳能电池 ……（未完，全文共17365字，当前仅显示3123字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：耐碘腐蚀银导电网格的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用》）