太陽能電池的薄膜對(duì)其轉(zhuǎn)化率的變化--部分教材

1、 西西 安安 郵郵 電電 大大 學(xué)學(xué) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文）題 目：納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能改善 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 系 部： 微電子系 專 業(yè)： 微電子學(xué) 班 級(jí)： 微電子 0803 班 學(xué)生姓名： 胡原祥 導(dǎo)師姓名： 商世廣 職稱： 副教授 起止時(shí)間：2012 年 2 月 27 日2012 年 6 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明書本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能的改善是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注

2、；對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。本人完全清楚本聲明的法律后果，申請(qǐng)學(xué)位論文和資料若有不實(shí)之處，本人愿承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。論文作者簽名： 時(shí)間： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 時(shí)間： 年 月 日西西 安安 郵郵 電電 大大 學(xué)學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )任務(wù)書任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué)生姓名胡原祥胡原祥指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師商世廣商世廣職稱職稱副教授副教授學(xué)學(xué) 院院電子工程學(xué)院電子工程學(xué)院系系 部部微電子系微電子系專專 業(yè)業(yè)微電子學(xué)微電子學(xué)題題 目目納米晶納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能的改善的改善任務(wù)與要求任

3、務(wù)與要求1、掌握染料敏化太陽能電池的基本原理；2、熟悉納米粉體的分散方法、成膜工藝；3、設(shè)計(jì)和封裝染料敏化太陽能電池納米 TiO2電池；4、對(duì)制備的電池進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行四大性能指標(biāo)分析；5、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫。開始日期開始日期2012 年年 2 月月 27 日日完成日期完成日期2012 年年 6 月月 17 日日主管院長(zhǎng)主管院長(zhǎng)( (簽字簽字) )2012年年3月月1日日西西 安安 郵郵 電電 大大 學(xué)學(xué)畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) (論文論文) 工工 作作 計(jì)計(jì) 劃劃 學(xué)生姓名： 胡原祥 指導(dǎo)教師： 商世廣 職稱： 副教授 學(xué) 院： 電子工程學(xué)院 系部： 微電子系 專 業(yè)： 微電子學(xué) 題 目：

4、納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能的改善 工作進(jìn)程工作進(jìn)程起止時(shí)間 工 作 內(nèi) 容2012.2.272012.4.15 1、收集資料； 準(zhǔn)備階段 2、熟悉染料敏化太陽能電池的工作原理； 3、熟悉納米材料的分散、薄膜的制備和器件的封裝工藝以及測(cè)試手段。 2012.4.162012.4.30 制定總體設(shè)計(jì)方案；2012.5.012012.6.05 1、實(shí)現(xiàn)納米 TiO2薄膜的制備和表征； 2、實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的封狀和測(cè)試，最少要有短路電壓的出現(xiàn)。2012.6.05 2012.6.17 1、整理資料；完成階段 2、撰寫論文； 3、參加論文答辯。 主要參考書目(資料)：1 林志東

5、, 劉黎明. 染料敏化 TiO2 納米晶多孔膜太陽能電池 J. 材料導(dǎo)報(bào), 2001, 15(010): 35-37.2 施永明, 趙高凌. 染料敏化納米薄膜太陽能電池的研究進(jìn)展 J. 材料科學(xué)與工程, 2002, 20(001): 125-127.3 范樂慶, 吳季懷, 黃昀昉, et al. 染料敏化太陽能電池的二氧化鈦膜性能研究 J. 感光科學(xué)與光化學(xué), 2003, 21(003): 231-237.4 吳季懷, 郝三存, 林建明, et al. 染料敏化 TiO2 納晶太陽能電池研究進(jìn)展 J. 華僑大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2003, 24(004): 335-344.5 楊術(shù)明, 李

6、富友. 染料敏化納米晶太陽能電池 J. 化學(xué)通報(bào), 2002, 65(005): 292-296.6 陳煒, 孫曉丹, 李恒德, et al. 染料敏化太陽能電池的研究進(jìn)展 J. 世界科技研究與發(fā)展, 2004, 26(005): 27-35.主要儀器設(shè)備及材料：數(shù)字恒溫爐，KEYTHLEY 4200 SCS，太陽能模擬器，熱風(fēng)臺(tái)，超聲波清洗器，磁力攪拌機(jī)，絲網(wǎng)印刷平臺(tái)，萬用表，鑷子，鉗子，真空泵，鈦酸正丁酯，乙二醇，無水乙醇，鹽酸，硝酸銀，松油醇，叔丁醇等。論文(設(shè)計(jì))過程中教師的指導(dǎo)安排：每周周四安排答疑。對(duì)計(jì)劃的說明：無 指導(dǎo)教師簽字： 2012 年 3 月 日西安郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文

7、)開題報(bào)告課題名稱：納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能的改善 電子工程 學(xué)院 微電子 系（部） 微電子 專業(yè) 0803 班學(xué)生姓名： 胡原祥 學(xué)號(hào)： 04084075 指導(dǎo)教師： 商世廣 報(bào)告日期： 2012 年 3 月 24 日 1. 本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述本課題所涉及的問題;(1).了解染料敏化太陽能電池的基本原理，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)室制備工藝。(2).制備二氧化鈦導(dǎo)電薄膜需要使用絲網(wǎng)印刷，故對(duì)于絲網(wǎng)印刷需要熟練的掌握才能制備出厚度一致的薄膜。(3).再進(jìn)行薄膜制備時(shí)，不同的薄膜的導(dǎo)電能力和吸附能力不同，制備出來的電池性能也不一樣。(4).選用不同顆粒的二氧化鈦也影響光電

8、轉(zhuǎn)換效率，對(duì)于顆粒的選則可以通過多次試驗(yàn)得最優(yōu)的顆粒大小。(5).在封裝的時(shí)候如何保證電解液能完全充滿間隙。近年來，隨著環(huán)境的日益惡化，環(huán)境問題越來越為人們所關(guān)注，能源這個(gè)最大的環(huán)境問題也漸漸的被人們所關(guān)注。目前我們使用的都是石油、煤炭等礦物燃料，隨著這么多年來人類的開采和利用，這些礦物燃料正在變得越來越少，同時(shí)造我們使用這些礦物燃料的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的二氧化碳等有毒有害氣體。所以去尋求一種可再生又清潔的能源就成為了重中之重。而符合上面要求的能源現(xiàn)在主要有水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能和太陽能等。其中目前使用較多的主要有水能、風(fēng)能和潮汐能，但是他們都受環(huán)境的影響很大，在很多地方都沒法利用。而太陽能

9、由于具有環(huán)境的普遍性而越來越受到人們的重視。具統(tǒng)計(jì)，太陽能的總量占地球總能量的 99%，把它與其他再生能源相比，太陽能就是一種不受地域限制的無限可再生的清潔能源。由于它的這些特點(diǎn)，太陽能的利用正在被各個(gè)國家提上議程。要利用太陽能，轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)是目前太陽能普及的最大問題，他們是研究新能源所面臨的最大問題。而太陽能的轉(zhuǎn)換一般是通過太陽能電池來實(shí)現(xiàn)的。太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為光能再將其儲(chǔ)存起來。太陽能轉(zhuǎn)化的基本原理就是利用陽光與電池材料所產(chǎn)生的光電效應(yīng)來產(chǎn)生電能的。太陽能電池的使用，解決了目前人們所面臨的很多問題，例如無人區(qū)域的供電，太空供電等等。染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種具有

10、制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉和性能優(yōu)異的新型太陽能電池，由于它所具有的 優(yōu)點(diǎn)，使染料敏化太陽能電池具有良好的研究和發(fā)展前景。因此染料敏 化太陽能電池是目前解決能源危機(jī)與環(huán)境污染的一個(gè)不錯(cuò)的選擇。2本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題、解決的思路及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析關(guān)鍵問題：(1).不同結(jié)構(gòu)的光陽極的制備。(2).不同顆粒二氧化鈦晶的選則。(3).光陽極的煅燒溫度。(4).電池封裝中遇到的問題以及注意事項(xiàng)。(5).電解液的注入。解決思路： (1).利用摻著碳納米管數(shù)量的不同、二氧化鈦的顆粒大小和印刷的層數(shù)不同來改變光陽極的物理結(jié)構(gòu)。(2).事先準(zhǔn)備好不同顆粒的大小的二氧化鈦，利用其制備電池，選則轉(zhuǎn)換效率

11、最高的大小顆粒。(3).二氧化鈦的漿料在不同的溫度下煅燒后會(huì)發(fā)生不同形態(tài)的結(jié)晶，利用多次試驗(yàn)選擇合適的溫度即可。(4).電池的封裝對(duì)于熱風(fēng)臺(tái)的溫度選擇不能太高，選擇 140是比較合適，封裝的時(shí)候注意用力均勻。(5).可以使用真空壓注入或者給電極打雙孔的方法使電解液全部充滿間隙。實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性：（1）.利用不同顆粒大小的二氧化鈦，制備不同結(jié)構(gòu)的光陽極再不同溫度的煅燒下所制備的電池的轉(zhuǎn)化效率是不一樣的。（2）.利用大量的對(duì)比組來得到最優(yōu)組合的薄膜在理論上是成立的。3. 完成本課題的工作方案 3.264.15 1、收集資料； 準(zhǔn)備階段 2、熟悉染料敏化太陽能電池的工作原理； 3、熟悉納米材料的

12、分散、薄膜的制備和 器件的封裝工藝以及測(cè)試手段。 4.164.30 制定總體設(shè)計(jì)方案； 5.016.05 1、實(shí)現(xiàn)納米 TiO2薄膜的制備和表征； 2、實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的封狀和測(cè) 試,最少要有短路電壓的出現(xiàn)。 6.56.17 1、整理資料； 完成階段 2、撰寫論文； 3、參加論文答辯。4指導(dǎo)教師審閱意見該生在校團(tuán)結(jié)同學(xué)、尊敬師長(zhǎng)、學(xué)習(xí)努力、態(tài)度端正，該生在本科學(xué)習(xí)過程，參與過本課題的研究，希望通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能做出一篇不錯(cuò)的論文。同意開題！指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師(簽字)： 2012 年 3 月 日西西安安郵郵電電大大學(xué)學(xué)畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) (論論文文)成成績(jī)績(jī)?cè)u(píng)評(píng)定定表表學(xué)生姓名胡原祥性別男學(xué)

13、號(hào)04084075專 業(yè)班 級(jí)微電子0803 班課題名稱納米晶 TiO2染料敏化太陽能電池的制備及光伏性能的改善課題類型硬件設(shè)計(jì) 難度難畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間2012.03-2012.06 指導(dǎo)教師商世廣 (職稱 副教授)課題任務(wù)完成情況論文 13 (千字)； 設(shè)計(jì)、計(jì)算說明書 (千字)； 圖紙 (張)；其它 (含附件 )：指導(dǎo)教師意見分項(xiàng)得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分；論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分指導(dǎo)教師審閱成績(jī)：指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日評(píng)閱教師意見分項(xiàng)得分：選題 分； 開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分；論文

14、撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分評(píng)閱成績(jī)： 評(píng)閱教師(簽字)： 年 月 日驗(yàn)收小組意見分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量 分； （操作）回答問題 分驗(yàn)收成績(jī)： 驗(yàn)收教師(組長(zhǎng))(簽字)： 年 月 日答辯小組意見分項(xiàng)得分：準(zhǔn)備情況 分； 陳述情況 分； 回答問題 分； 儀表 分答辯成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)(簽字)： 年 月 日成績(jī)計(jì)算方法指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 20 () 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 30 () 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 20 () 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 30 ()學(xué)生實(shí)得成績(jī)(百分制)指導(dǎo)教師成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī) 評(píng)閱成績(jī)?cè)u(píng)閱成績(jī) 驗(yàn)收成績(jī)驗(yàn)收成績(jī) 答辯成績(jī)答辯成績(jī) 總評(píng)總評(píng) 答辯委員會(huì)意見畢

15、業(yè)論文(設(shè)計(jì))總評(píng)成績(jī)(等級(jí))：學(xué)院答辯委員會(huì)主任(簽字)： 學(xué)院(簽章) 年 月 日備注目錄目錄摘要摘要.IABSTACTABSTACT.II1 1 引言引言.11.1 太陽能電池的背景 .11.2 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)及原理 .12 2 電池的制備電池的制備.32.1 二氧化鈦粉體的制備 .32.1.1凝膠法制備的基本原理.32.1.2儀器清洗和檢查.32.1.3 膠體的制備.32.1.4 二氧化鈦的制備.32.2 漿料的配制 .42.2.1二氧化鈦漿料的配制.42.2.2石墨漿料的配制.42.2.3 AgNO3漿料的配制.52.3 染料溶液的配制 .52.4 光陽極的制備 .52

16、.4.1 絲網(wǎng).52.4.2 ITO玻璃和Pt電極的清洗.62.4.3 絲網(wǎng)印刷.62.4.4薄膜的燒結(jié).72.4.5染料的附著.82.4.6對(duì)比試驗(yàn)組摻混的處理.82.5 電池的封裝 .92.5.1準(zhǔn)備封裝膜.92.5.2 電池的封裝.92.5.3 電解液的注入.102.5.4 電池的密封.123 電池的測(cè)試電池的測(cè)試.133.1 阻抗測(cè)試.133.2 I-V 測(cè)試.134 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析測(cè)試數(shù)據(jù)及分析.154.1 電池的 I-V 測(cè)試結(jié)果及分析.154.1.1 未摻混處理電池的數(shù)據(jù)和分析.154.1.2摻入純石墨電池的數(shù)據(jù)和分析.164.1.3 摻入50%石墨電池的數(shù)據(jù)和分析.164.1.

17、4摻入少量Ag電池的數(shù)據(jù)和分析.174.2 電池阻抗的測(cè)試結(jié)果及分析 .185 結(jié)論結(jié)論.20致謝致謝.21參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).22I摘要摘要染料敏化太陽能電池 (DSSC)是一種新型太陽能電池，具有制備工藝簡(jiǎn)單 、成本低廉和性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。在染料敏化太陽電池 的結(jié)構(gòu)中，納米晶 TiO2薄膜是重要的組成部分，其直接影響太陽能 電池的基本性能。影響染料敏化太陽能電池 光陽極性能的參數(shù)，主要有薄膜的物理結(jié)構(gòu)、 電學(xué)性能和燒結(jié)溫度。本文采用超聲分散、絲網(wǎng)印刷和高溫?zé)Y(jié)等技術(shù)，改善染料敏化太陽能電池光陽極的結(jié)構(gòu)性能，具體工作如下 :1、在查閱大量參考文獻(xiàn) 基礎(chǔ)上，分析染料敏化太

18、陽能電池的 基本原理和結(jié)構(gòu)特征，熟悉電池制備的工藝過程 ；2、制備二氧化鈦納米晶光陽極薄膜 ；3、燒結(jié)溫度對(duì)光陽極性能 有較大的影響，優(yōu)化燒結(jié)溫度；4、對(duì)光陽極漿料進(jìn)行摻混處理，并利用多層薄膜結(jié)構(gòu)增加薄膜空隙 擬提高光陽極對(duì)染料的吸附能力；5、用真空壓縮法注入電解液；6、封裝電池，測(cè)試電池的伏安特性、阻抗特性和計(jì)算光電轉(zhuǎn)化效率。通過吉時(shí)利 4200-SCS 半導(dǎo)體特性分析特性進(jìn)行 I-V 特性分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ，染料敏化太陽能電池的特性受燒結(jié)溫度、摻混結(jié)構(gòu) 等參數(shù)的影響。 可以發(fā)現(xiàn)，在450下煅燒的薄膜比其他溫度下的 I-V 特性要好：同時(shí) 在對(duì)電池薄膜摻入石墨、碳納米管、硝酸銀之后，電池的

19、性能有明顯變化，其中，電池?fù)饺胂跛徙y性能提升是最高的。所以本論文對(duì)染料敏化太陽能電池的 發(fā)展有重要的作用。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：二氧化鈦納米晶光陽極 絲網(wǎng)印刷 摻混處理 真空注入 IIA ABSTACTBSTACTDye-sensitized solar cells (DSSC) is a new simple preparation, low cost and high performance solar cells, it has the advantage of dye-sensitized solar cells have good research and development prosp

20、ects. Dye Minhua solar cells is to solve the energy crisis and environmental pollution, a good choice. Which nanocrystalline TiO2 film is the most important component of the dye-sensitized solar cells, is closely related to the production of good or bad battery performance. General for the study of

21、dye-sensitized solar cell performance through the battery to improve the physical structure of the film, mixing and film sintering temperature and improve the battery package to study the impact of different TiO2 thin film battery light energy conversion efficiency to seek possible solutions.The mai

22、n work is: (1) access to a large number of references, analysis of the basic principles and structure of the dye-sensitized solar cells based on; the same time, familiar with the process of cell fabrication process. (2) screen printing skilled preparation of titanium dioxide nanocrystalline photoano

23、de film. 3 light anodes, sintering temperature influenced many trials to optimize the sintering temperature. 4 multi-layer film structure to increase the film gap, improve the dye adsorption capacity. Light anode bottom of the mixing. 6. Vacuum compression into the volt-ampere characteristics of the

24、 electrolyte, the test battery, the impedance characteristics to calculate the photoelectric conversion efficiency.The innovative performance of this paper is: 1. The use of multi-layer structure to increase the adsorption space, increase the adsorption capacity of dyes. (2) optimization of the sint

25、ering temperature of the photoanode film, select the appropriate temperature of 450. (3) mixing processing, mixing carbon nanotubes, gallium and other materials based on graphite and silver, to study the influence of light anodes. Preparation of different light anodic film to explore the impact of t

26、he mixing structure of the dye-sensitized solar cell performance.Key words: Titanium dioxide nanocrystalline photoanode Screen printing Mixing processing Vacuum impregnation21 1 引言引言1.1 太陽能電池的背景太陽能電池的背景近年來，隨著環(huán)境的日益惡化，環(huán)境問題越來越為人們所關(guān)注，能源這個(gè)最大的環(huán)境問題也漸漸的被人們所關(guān)注。目前我們使用的都是石油、煤炭等礦物燃料，隨著這么多年來人類的開采和利用，這些礦物燃料正在變得越來

27、越少，同時(shí)造我們使用這些礦物燃料的同時(shí)，產(chǎn)生了大量的二氧化碳等有毒有害氣體。所以尋求一種可再生又清潔的能源就成為了重中之重。而符合上面要求的能源現(xiàn)在主要有水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能和太陽能等。其中目前使用較多的主要有水能、風(fēng)能和潮汐能，但是他們都受地區(qū)環(huán)境的影響很大，在很多地方都沒法利用。而太陽能由于具有環(huán)境的普遍性而越來越受到人們的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太陽能的總量占地球總能量的 99%，與其他再生能源相比，太陽能就是一種不受地域限制的無限可再生的清潔能源。由于它的這些特點(diǎn)，太陽能的利用正在被各個(gè)國家提上議程。要利用太陽能，轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)是目前太陽能普及所面臨的最大問題，他們是研究新能源必須解決的最大問

28、題。太陽能的轉(zhuǎn)換一般是通過太陽能電池來實(shí)現(xiàn)的。太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽能就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能再將其儲(chǔ)存起來。太陽能轉(zhuǎn)化的基本原理就是利用陽光與電池材料所產(chǎn)生的光電效應(yīng)來產(chǎn)生電能的。太陽能電池的使用，解決了目前人們所面臨的很多問題，例如無人區(qū)域的供電，太空供電等。料敏化太陽能電池 (DSSC)是一種具有制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉和性能優(yōu)異的新型太陽能電池，由于它所具有的 優(yōu)點(diǎn)，使染料敏化太陽能電池具有良好的研究和發(fā)展前景。因此染料敏 化太陽能電池是目前解決能源危機(jī)與環(huán)境污染的一個(gè)不錯(cuò)的選擇。1.2 染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)及原理染料敏化太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)及原理染料敏化太陽能電池是一種三層結(jié)構(gòu)的電池

29、，它由底層的 ITO 玻璃，中間的二氧化鈦光陽極和上層的刷有一層 Pt 的對(duì)電極所構(gòu)成。圖 1-1 為一塊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的中層部分一般是用二氧化鈦的納米晶為主要材料，并摻以其他的微量材料來改變其阻抗特性，有時(shí)候也用其他的氧化物來代替二氧化鈦，如氧化鋅、二氧化錫等都是不錯(cuò)的替代材料。二氧化鈦薄膜在電池中所起的作用是，為燃料提供了附著空間，能夠分離染料光電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷，并且還起到傳輸載流子（電子）的作用。染化太陽能電池的對(duì)電極一般都會(huì)選用鉑作為電極，因?yàn)殂K電極除了能夠吸收電子傳導(dǎo)電流外，它還能夠起到一定的催化作用，加快氧化還原的速率。電解液一般分為液、準(zhǔn)固和全

30、固三大類，而我們一般使用的是液態(tài)的電解液。2圖 1-1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)可以看出，染料敏化太陽能電池與其他太陽能電池，與單晶硅和多晶硅等太陽能電池的基本原理是有很大區(qū)別的。染料敏化太陽能電池的具體工作原理如下：二氧化鈦薄膜上的染料吸收太陽光，發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生電子，而產(chǎn)生的電子則進(jìn)入二氧化鈦的半導(dǎo)體薄膜，然后被傳遞到底層的 ITO 玻璃上，再經(jīng)過外設(shè)回到對(duì)電極上，從而產(chǎn)生電流，同時(shí)，二氧化鈦上附著的激發(fā)電子的染料被電解液里面的碘離子還原，又得到新的未激發(fā)的染料，同時(shí)電解液里面的碘離子在結(jié)合對(duì)電極上的電子而還原，就這樣電池組成一個(gè)完整的循環(huán)過程。整個(gè)過程的反應(yīng)式表示如下：未激發(fā)的染料+太

31、陽光激發(fā)態(tài)染料(電子的產(chǎn)生或者燃料的激發(fā)) 1-1激發(fā)態(tài)染料+TiO2薄膜e-(TiO2導(dǎo)帶)+染料+(光電流產(chǎn)生) 1-2 染料+ + I- 基態(tài)染料+I3- (染料還原) (I3-為氧化態(tài)的碘離子) 1-3染料+ + e-(注入 TiO2的電子)基態(tài)染料(電子復(fù)合) 1-4 I3- + e- I- (暗電流) 1-5 I3- + e-(陰極) I-(電解質(zhì)還原) 1-6分析：對(duì)于反應(yīng) 1-4，電子的復(fù)合的反應(yīng)速率越小，電子的浪費(fèi)的也就越少，電池的轉(zhuǎn)化效率也就越高。對(duì)于反應(yīng) 1-5，它是是造成電流損失的主要原因，因?yàn)樯呻娮游催M(jìn)過外部循環(huán)就直接與電解質(zhì)反應(yīng)結(jié)合了，這極大的降低的電池的轉(zhuǎn)化效率

32、。而 1-1、1-2、1-3、1-6 則是完成一個(gè)光電反應(yīng)產(chǎn)生光電流的正向循環(huán)。從上面的反應(yīng)來看，決定電池的轉(zhuǎn)化效率是多方面的，轉(zhuǎn)化率與電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是有很大關(guān)系的。只有對(duì)電池的二氧化鈦薄膜，染料的位置，電解液的選擇進(jìn)行一個(gè)合理的搭配才能提高一塊電池的轉(zhuǎn)化效率。32 2 電池的制備電池的制備2.1 二氧化鈦粉體的制備二氧化鈦粉體的制備2.1.12.1.1 凝膠法制備的基本原理凝膠法制備的基本原理本文是利用利用鈦酸正丁酯在酸性條件下，在乙二醇中水解是分步進(jìn)行的，其水解反應(yīng)式如下：Ti(O-C4H9)4 +4H2OTi(OH)4 +4C4H9OH把上面得到的溶液在 80恒溫烘后，再放到恒溫爐里面經(jīng)

33、過放不同的溫度(350700)煅燒，就能夠得到不同晶型的納米二氧化鈦粉體。2.1.22.1.2 儀器清洗和檢查儀器清洗和檢查容器的清潔與否會(huì)影響二氧化鈦的正常制備，故在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要對(duì)容器進(jìn)行清洗。將燒杯用清洗液清洗，當(dāng)水成股流下時(shí)證明燒杯已經(jīng)洗干凈。打開磁力攪拌機(jī)，檢查其轉(zhuǎn)子溫度計(jì)和加熱器是否正常工作。2.1.32.1.3 膠體的制備膠體的制備將 1mL 鈦酸正丁酯加入到 20mL 的乙二醇中,在 30C 下恒溫?cái)嚢?8 h 以保證充分螯合,得到無色透明的溶液,作為 TiO2的前驅(qū)體.將酸催化劑加入到一定體積的丙酮中,作為溶劑.然后在劇烈攪拌下,將 TiO2的前驅(qū)體溶液快速倒入丙酮中,并繼續(xù)攪拌

34、 30min.攪拌結(jié)束后,將產(chǎn)物陳化 30min,得到白色懸濁液.圖 2-1 為將螯合液在磁力攪拌機(jī)里攪拌。圖 2-1 磁力攪拌機(jī)2.1.42.1.4 二氧化鈦的制備二氧化鈦的制備將產(chǎn)物高速離心（實(shí)驗(yàn)室只能用超聲波清洗器代替）后過濾,并用去離子水和乙醇4多次洗滌,在 60C 恒溫干燥,得到 TiO2粉末.通過調(diào)整酸催化劑種類及前驅(qū)體與酸的濃度。即可得到不同粒徑的納米 TiO2.得到的納米 TiO2可以很容易地再分散在水或者乙醇中。將納米 TiO2粉末在數(shù)字恒溫爐中煅燒 2 h(350700C),可以得到不同晶型的納米 TiO2粉末。2.2 漿料的配制漿料的配制2.2.12.2.1 二氧化鈦漿料

35、的配制二氧化鈦漿料的配制 1）漿料的配置：利用已經(jīng)制備好的 TiO2粉體，量取一定量的 TiO2，放入燒杯里面，一邊加入無水乙醇一邊攪拌，直到加入適量的無水乙醇后放在超聲波清洗器（利于溶液 TiO2更均勻的溶解在無水乙醇里面）里面震蕩 3 到 5min 直到其充分溶解。 2）將震蕩均勻的 TiO2拿出來，加入適量的松油醇和乙基纖維素，以溶液攪拌的時(shí)候有很強(qiáng)的膠體特征比較合適，然后在繼續(xù)用玻璃棒攪拌均勻，然再后放到超聲波清洗器里面震蕩10min 讓其震蕩溶解充分直到漿料里面沒有氣泡。 3）將溶解均勻的 TiO2漿料放到數(shù)字恒溫爐里面，在 80烘干 20min 左右，直到漿料里面的無水乙醇蒸發(fā)干凈

36、即可。2.2.22.2.2 石墨漿料的配制石墨漿料的配制 將研磨的很細(xì)的石墨用松油醇溶解，方法同上，攪拌均勻后用超聲波清洗器震蕩10min 即可。圖 2-2 為配置完成的石墨漿料。在配制完成后保存起來，注意不要讓灰塵掉到里面。 圖 2-2 配置好的石墨漿料52.2.32.2.3 AgNO3漿料的配制漿料的配制將配制好的二氧化鈦漿料去一定量，加入少量的 AgNO3后放在超聲波清洗器里面震蕩 10min 即可。注意在使用 AgNO3的時(shí)候不要碰到手。圖 2-3 為配制完成的AgNO3漿料。注意配好的漿料應(yīng)當(dāng)避光保存防止 AgNO3見光分解產(chǎn)生沉淀而析出。圖2-3 配置好的 AgNO3漿料，由于 A

37、gNO3見光分解，故配制好的 AgNO3漿料有點(diǎn)泛黃。圖 2-3 配置好的 AgNO3漿料2.3 染料溶液的配制染料溶液的配制取大約 25mg 的染料粉末，按照 1：1 的比例分別量取 8ml 的叔丁醇和乙二醇，將三者放入瓶子里攪拌均勻，放置于棕黑色的玻璃瓶里密封待用。保存時(shí)盡量不要見光，最好用東西將其包起來。圖 2-4 為配制完成的染料溶液。圖 2-4 配置好的染料溶液52.4 光陽極的制備光陽極的制備2.4.12.4.1 絲網(wǎng)絲網(wǎng)由于切好 ITO 玻璃的大小 2.0*1.5cm，而 Pt 電極的 Pt 薄膜部分大小為 6*5mm,故在6絲網(wǎng)大小的時(shí)候選取 4*4mm 大小的孔比較合適。圖

38、2-5 為選擇的絲網(wǎng)，最小的孔為3*3mm。印刷的時(shí)候選擇的是最右邊的孔洞，其大小為 5*5mm，同時(shí)在選擇的時(shí)候應(yīng)選取完好無毛刺的孔洞。圖 2-5 絲網(wǎng)2.4.22.4.2 ITO 玻璃和玻璃和 Pt 電極的清洗電極的清洗先將他們置于 50左右的溫水里面，先讓其浸泡一會(huì)，然后加入洗潔精反復(fù)清洗，直到玻璃上看不到油污為止。將洗好的玻璃用去離子水清洗，將其放于濾紙上，注意應(yīng)當(dāng)保證 ITO 導(dǎo)電面向上，對(duì)電極的（Pt 電極）的導(dǎo)電面向上，同時(shí)快速將其表面吹干，防止水漬的形成。在將其放到恒溫爐里面 60烘干。將烘干的玻璃收起來待用，注意不要落灰。其中圖 2-6 為清洗烘干的 ITO 玻璃和對(duì)電極，注

39、意必須保證其導(dǎo)電面向上。圖 2-6 清洗完成的玻璃2.4.32.4.3 絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷利用絲網(wǎng)印刷制備厚膜，操作過程如下：1）先把選好的絲網(wǎng)固定在支架上7 2）將 ITO 玻璃清洗干凈，放在恒溫爐里 80烘干備用。3）用泡了無水乙醇的棉球簡(jiǎn)稱棉球?qū)⒔z網(wǎng)和刷子清洗干凈，吹干。4）取一張白紙或者濾紙，先固定在平臺(tái)上，放上 ITO 玻璃，將絲網(wǎng)壓下來，移動(dòng)玻璃選擇合適的印刷位置，一般以一塊玻璃的中上部分，然后用筆畫下玻璃的位置，以后每塊玻璃放在相同的位置，保證每次玻璃每次都能在同一位置。5）用玻璃棒沾少量的漿料于絲網(wǎng)印刷孔的上端劃一道均勻的線，然后用刷子從有漿料的地方平行劃過，整個(gè)過程中應(yīng)當(dāng)用力均

40、勻，且不能重復(fù)。6）用刷子輕壓孔邊上的絲網(wǎng)，將 ITO 玻璃與絲網(wǎng)分開。7）將絲網(wǎng)拿起來，同時(shí)將絲網(wǎng)和刷子用棉球清洗干凈吹干。8）將印刷好的電極放到恒溫爐 80烘干。9）再重復(fù)步驟 5 到步驟 7 三次，保證每塊 ITO 電極都有四層薄膜。圖 2-7 為經(jīng)過四次印刷完成后的電極。圖 2-7 印刷四層未煅燒的光陽極2.4.42.4.4 薄膜的燒結(jié)薄膜的燒結(jié)將印刷完成的電極放到恒溫爐里面 450維持 2H，將里面的有機(jī)物燒掉。選擇450這個(gè)溫度燒結(jié)的原因在于這個(gè)溫度燒出來的薄膜含有有機(jī)物較少，光陽極的電阻相對(duì)較小，同時(shí)這個(gè)溫度下的薄膜還具有一定的附著能力，若溫度更高薄膜的附著能力就十分差，可能會(huì)影

41、響下一步實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)在使用爐子的時(shí)候注意升溫時(shí)候不要太短，避免燒壞爐子，或者導(dǎo)致溫度在有的時(shí)候大大超過目標(biāo)溫度，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化。一般升溫到 450的最佳升溫時(shí)間為 80min。8圖 2-8 為數(shù)字恒溫爐，其上部分為控制部分，下面為工作部分。圖 2-8 數(shù)字恒溫爐2.4.52.4.5 染料的附著染料的附著將燒結(jié)好的光陽極用鉗子輕輕的平放放到裝有染料的瓶底，浸泡 24 小時(shí)，保證染料充分附著。為了好區(qū)分不同的光陽極，在侵泡前最好為光陽極打上標(biāo)簽。浸泡完成后將泡好的光陽極輕輕取出來，取光陽極的時(shí)候一定要小心，注意不要碰到薄膜，然后在恒溫爐里 80條件下烘干備用。圖 2-9 為光陽極的浸泡過程，

42、將光陽極平放到燃料溶液里面。 圖 2-9 光陽極染料的浸泡2.4.62.4.6 對(duì)比試驗(yàn)組摻混的處理對(duì)比試驗(yàn)組摻混的處理本論文選擇四組不同的摻混實(shí)驗(yàn)組來進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)組，研究不同的摻混對(duì)電池性能的影響。其中表一為四組不同摻混的光陽極的具體摻混參數(shù)。采用對(duì)比試驗(yàn)是為了將得出各種摻混對(duì)電池性能的影響的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，能對(duì)大8致9摻混方向有個(gè)明確的目標(biāo)，方便以后的實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。表一 每組實(shí)驗(yàn)組每層薄膜的具體摻混第一層第二層第三層第三層1 號(hào)純 TiO2純 TiO2純 TiO2純 TiO22 號(hào)純石墨漿料純 TiO2純 TiO2純 TiO23 號(hào)石墨與 TiO21:1 混合純 TiO2純 TiO2純 Ti

43、O24 號(hào)摻入少量 Ag純 TiO2純 TiO2純 TiO2注：表中的 TiO2的顆粒大小均為 20nm圖 2-10 為按照摻混要求配置完成的 2、3、4 號(hào)的漿料。圖 2-10 三種不同摻混的漿料其中左邊為純石墨漿料，中間位摻入少量硝酸銀的二氧化鈦漿料，右邊為石墨與二氧化鈦漿料按照 1：1 比例混合的漿料。2.5 電池的封裝電池的封裝2.5.12.5.1 準(zhǔn)備封裝膜準(zhǔn)備封裝膜根據(jù)光陽極的大小，要使電池能夠使用，封裝膜的大小必須要適中，由于光陽極大小為 4*4mm，故需要封裝膜的孔可選擇為 6*7mm 的保證光陽極薄膜都在封裝膜的框內(nèi)。在封裝膜打孔的時(shí)候可以按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去打。2.5.22.5.

44、2 電池的封裝電池的封裝1）熱風(fēng)臺(tái)的預(yù)熱，選擇溫度為 140，封裝的溫度太高會(huì)導(dǎo)致電池?zé)o法再拆開，溫度太低會(huì)導(dǎo)致電池的密封性不是很好。圖 2-11 為熱風(fēng)臺(tái)與選擇的溫度。層數(shù)組數(shù)10圖 2-11 熱風(fēng)臺(tái)2）將封裝膜放在光陽極上面，封裝膜的孔四周與薄膜距離適中。3）將對(duì)電極 Pt 部分對(duì)著薄膜。4）用鑷子按住對(duì)電極，整個(gè)過程注意用力均勻，然后用熱風(fēng)臺(tái)對(duì)著電池四周均勻的吹，保證每個(gè)方向的封裝膜都能受熱軟化。圖 2-12 為封裝，用熱風(fēng)臺(tái)對(duì)電極加熱，使封裝膜融化。用熱風(fēng)使封裝膜軟化，注意鑷子用力均勻，保證每個(gè)方向都能封上。圖 2-12 電池的封裝5）關(guān)掉熱風(fēng)臺(tái)，等其冷卻起來后將其收起來。2.5.32

45、.5.3 電解液的注入電解液的注入1) 將微量注射器清洗干凈待用。2）找一個(gè)真空泵，在吸氣口用接以橡膠管，準(zhǔn)備一大號(hào)注射器，大小能使注射器注射口與橡膠管光口能無縫接在一起。圖 2-13 為真空泵與橡膠管連接完成樣子。11圖 2-13 真空泵與橡膠管3）將電池平放在臺(tái)上。4）用微量注射器吸取適量的電解液，小心的滴在對(duì)電極的注入口。5）將注射器活塞拔掉，把電池小心平放到注射器管內(nèi)，注意在過程中應(yīng)保持注射器固定不動(dòng)。6）用橡膠或者其他東西堵住注射器后面的管口，整個(gè)過程應(yīng)該用力壓住橡膠。圖 2-14 為打開真空泵，用橡膠堵住注射器口，并打開真空泵抽出電池里面的空氣。圖 2-14 注射器管口的堵塞7）打

46、開真空泵開關(guān)，持續(xù) 3 到 5min。8）迅速的把橡膠拿開，由于氣壓大小不一樣，電解液會(huì)被大氣壓壓入電池空隙內(nèi)。9）如果電池內(nèi)還有氣泡，可在加一點(diǎn)電解液重復(fù)上面的步驟，直到電解液充滿電池空隙即可。10）關(guān)掉真空泵。11圖 2-15 為完成電解液注入所有操作完的電池。12圖 2-15 完成電解液注入的電池2.5.42.5.4 電池的密封電池的密封用膠帶將電池的電解液注入孔用膠帶封起來，防止電解液的蒸發(fā)，從而使電池可以長(zhǎng)期保存。做好的電池就能用于測(cè)試了。133 3 電池的測(cè)試電池的測(cè)試3.1 阻抗測(cè)試阻抗測(cè)試用電化學(xué)工作站對(duì)電池的阻抗特性進(jìn)行測(cè)試，研究電池的阻抗特征。其具體的操作步驟如下：1）打開

47、電化學(xué)工作站的電源開關(guān)，打開電腦上相應(yīng)的程序。檢查電化學(xué)工作是否與電腦連接成功。同時(shí)檢查標(biāo)準(zhǔn)太陽能模擬器是否正常工作。2）電池的連接。電化學(xué)工作站有四個(gè)顏色的接口，其中白色和紅色接在一起，黑色和綠色分開。然后將白色和紅色接在在電池的 ITO 玻璃上，將綠色接口接在對(duì)電極上，黑色空置。將電池放在太陽能模擬器發(fā)光口，固定好，避免電池在實(shí)驗(yàn)過程中位置移動(dòng)。圖 3-1 為電化學(xué)工作站和電池的連接。圖 3-1 電化學(xué)工作站3）數(shù)據(jù)設(shè)置。選擇交流阻抗這一項(xiàng)，運(yùn)行參數(shù)使用系統(tǒng)默認(rèn)值即可。4）打開太陽能模擬器，運(yùn)行程序。5）記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。分別對(duì)不同的對(duì)比試驗(yàn)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行抓圖，數(shù)據(jù)提取。6）關(guān)掉太陽能模擬器，關(guān)

48、掉電化學(xué)工作站。3.2 I-V 測(cè)試測(cè)試用 KEYTHLEY 4200 SCS 在標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下，測(cè)試太陽能電池的伏安特曲線。操作過程如下：1）先用電線將電池的正負(fù)極引出來，務(wù)必保證電池與引線接觸緊密，因?yàn)殡姵仉妷狠^小，接觸電阻對(duì)電池性能影響非常大。同時(shí)將電池放在太陽能模擬器發(fā)光的正下方。 2）將引線與 KEYTHLEY 4200 SCS 的一號(hào)和二號(hào)探針接起來，一號(hào)探針接正極，13二號(hào)接負(fù)極，注意整個(gè)過程中一定要小心，不要讓電池與引線之間的接觸松動(dòng)。14 3) 打開 KEYTHLEY 4200 SCS 自帶的測(cè)試程序，測(cè)試器件選擇為二極管，測(cè)試項(xiàng)為 i-v 曲線。4) 檢查無誤后，打開太陽能

49、模擬器的開關(guān)，等幾秒后打開程序運(yùn)行按鍵。5）等待程序運(yùn)行結(jié)束后，關(guān)掉太陽能模擬器，再在測(cè)試程序里面導(dǎo)出測(cè)試數(shù)據(jù)，命名后，進(jìn)行下一組電池測(cè)試。下圖 3-2 為 KEYTHLEY 4200 SCS 與太陽能模擬器。 圖 3-2 KEYTHLEY 4200 SCS 與太陽能模擬器在整個(gè)測(cè)試過程中，注意不要碰到電池，電池的移動(dòng)可能引起接觸阻抗的變化，使數(shù)據(jù)的可信值降低。同時(shí)在使用完儀器后一定要關(guān)掉儀器。154 4 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試數(shù)據(jù)及分析分析4.1 電池的電池的 I-V 測(cè)試結(jié)果及分析測(cè)試結(jié)果及分析利用 KEYTHLEY 4200 SCS 導(dǎo)出的數(shù)據(jù)列表，用 origin7.5 繪圖軟件進(jìn)行繪圖處理，

50、在數(shù)據(jù)選擇的時(shí)候注意不要將全部數(shù)據(jù)都導(dǎo)入，應(yīng)當(dāng)選擇從短路電流到開路電壓這一段作為繪圖部分。4.1.14.1.1 未摻混處理電池的數(shù)據(jù)和分析未摻混處理電池的數(shù)據(jù)和分析圖 4-1 為 1 號(hào)組(未進(jìn)行任何摻混處理)的伏 I-V 曲線，0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.000000.000050.000100.000150.000200.000250.000301I/AU/v B圖 4-1 未摻混處理電池的 I-V 曲線由上圖可知，其開路電壓為 0.74v，短路電流為 0.000258A。出其曲線可以看出，曲線比較平滑說明電池的就基本性能還是不錯(cuò)的，不過期截至電壓和短路電流都

51、遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其理論值。故下面三組采用不同的摻混處理來改變其性能，看能否對(duì)電池的性能做進(jìn)一步的優(yōu)化。同時(shí)對(duì)其測(cè)試數(shù)據(jù)表格做排序處理，找到其最大功率可得電池的最大功率為0.0000934W。進(jìn)過計(jì)算可得其平均轉(zhuǎn)化率在 0.53%。計(jì)算公式為：轉(zhuǎn)化率=電池的最大功率/單位面積上的太陽能強(qiáng)度*電池的面積。其中標(biāo)準(zhǔn)太陽能強(qiáng)度為 100mW/cm2。164.1.24.1.2 摻入純石墨電池的數(shù)據(jù)和分析摻入純石墨電池的數(shù)據(jù)和分析 2 號(hào)組為采用純石墨漿料做的底層電極，而第 2、3、4 層則是未做任何處理的二氧化鈦漿料。圖 4-2 為利用 KEYTHLEY 420 測(cè)試儀導(dǎo)出的數(shù)據(jù)列表，使用 origin7.5

52、繪圖軟件繪制出來的電池的 I-V 曲線，0.000.050.100.150.200.000000.000010.000020.000030.000042I/AU/V B圖 4-2 摻入石墨電池的 I-V 曲線由上圖可知其開路壓為 0.185V，短路電流為 0.0000417A，并且由圖可以看見曲線上有兩個(gè)毛刺，其 I-V 不平滑，然后通過查表（通過 IV 測(cè)試得到的數(shù)據(jù)表）得到其最大功率為 0.00000325W，通過計(jì)算可得其太陽能轉(zhuǎn)化率 為 0.02%。綜合以上可以得出電池的抗阻值較大，也可能是石墨含量太多，吸收了太多的太陽光，所以該組電池的基本性能并不是很好，在以后的試驗(yàn)中基本可以不在做

53、類似的對(duì)比實(shí)驗(yàn)組。4.1.34.1.3 摻入摻入 50%石墨電池的數(shù)據(jù)和分析石墨電池的數(shù)據(jù)和分析3 號(hào)組的第一層漿料為將石墨與二氧化鈦的漿料按照 1:1 的比例直接混合而成的，其 2、3、4 層同樣使用未作任何處理的二氧化鈦漿料制成。圖 4-3 為利用 KEYTHLEY 420 測(cè)試儀導(dǎo)出的數(shù)據(jù)列表，使用 origin7.5 繪圖軟件繪制出來的電池的 I-V 曲線。由圖可知 3 號(hào)實(shí)驗(yàn)組的開路電壓為 0.45V，其短路電流為 0.0001398A，通過查表得到其最大功率為 0.0000238W，通過公式計(jì)算其轉(zhuǎn)化率為 0.16%。將其與第二組對(duì)比有不小的進(jìn)步，同時(shí)其 I-V 曲線雖然有毛刺，不

54、過毛刺的振幅有所降低，功率截止電壓，短路電流均有大幅度增大。170.00.10.20.30.40.50.000000.000020.000040.000060.000080.000100.000120.000140.000163I/AU/V B圖 4-3 摻入 50%石墨電池的 I-V 曲線與第一組對(duì)比其性能仍然不是很理想，在以后的試驗(yàn)中可以采用逐漸減少石墨的方法來提升電池的性能，在將石墨減少到一個(gè)合適的量的時(shí)侯，可能電池的轉(zhuǎn)化率會(huì)變的十分高。4.1.44.1.4 摻入少量摻入少量 Ag 電池的數(shù)據(jù)和分析電池的數(shù)據(jù)和分析4 號(hào)對(duì)比實(shí)驗(yàn)組底層漿料采用的是摻混有少量硝酸銀的二氧化鈦漿料，其第2、3

55、、4 層采用的是未作處理的二氧化鈦漿料。圖 4-4 為利用 KEYTHLEY 420 測(cè)試儀導(dǎo)出的數(shù)據(jù)列表，使用 origin7.5 繪圖軟件繪制出來的電池的 I-V 曲線。0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.000000.000050.000100.000150.000200.000250.000300.000354I/AU/V B圖 4-4 摻入少量 Ag 的 I-V 曲線18 由圖，可以得到電池的開路電壓為 0.7V，短路電流為 0.0002798A，通過查表可得到其最大功率為 0.0001141W，在通過公式計(jì)算其太陽能轉(zhuǎn)化效率為 0.65%。通過與上幾組數(shù)據(jù)對(duì)比

56、，可以發(fā)現(xiàn)，電池的截止電壓雖然小了一點(diǎn)，但是其短路電流，功率，太陽能轉(zhuǎn)化率均有很大的提升，可以推斷，對(duì)電池?fù)饺脬y，應(yīng)該是一種能夠提高太陽能轉(zhuǎn)化率的方法。在以后試驗(yàn)中，摻入銀是一種不錯(cuò)的選擇，不過要得到更高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)當(dāng)做更多的對(duì)比試驗(yàn)來確定那個(gè)濃度下的銀含量是最合適。4.2 電池阻抗的測(cè)試結(jié)果及分析電池阻抗的測(cè)試結(jié)果及分析對(duì)于一塊電池，我們除了要了解其基本性能的之間的關(guān)系以外，對(duì)電池性能與其內(nèi)部阻抗之間的關(guān)系也需要做一個(gè)深入的了解。一般應(yīng)用電池的電化學(xué)阻抗來研究電池的電子在轉(zhuǎn)移過程中的各種阻抗及其阻抗特性，再結(jié)合理論模型等參考去對(duì)電池的阻抗圖進(jìn)行研究與分析。通過分析結(jié)果可以得到電池在中低高三個(gè)

57、頻率之間的抗阻是由不同的結(jié)構(gòu)所決定的。其中對(duì)電池性能影響最小的是低頻阻抗，它是由電解液內(nèi)部的擴(kuò)散所形成的，不過由于其對(duì)電池的性能影響較小，一般情況下可以忽略其阻抗影響。對(duì)電池性能影響最大的是中頻區(qū)域的電子在二氧化鈦薄膜中的運(yùn)輸與其復(fù)合阻抗，它是決定電池性能好與否的最大因素，通過改善其結(jié)構(gòu)可以明顯的改善電池的性能。而高頻區(qū)域的阻抗是由鉑電極和電解液界面所決定的，對(duì)于一般的電池都是使用同一規(guī)格的 Pt 電極，故對(duì)于其阻抗也只是需要了解即可。圖 4-5 為四組電池的阻抗測(cè)試的數(shù)據(jù)用 origin7.5 繪圖軟件繪制出來數(shù)據(jù)圖形。020004000600080001000012000140001001

58、000100004123log10(Zohm) Zohm B圖 4-5 四組電池的阻抗曲線19由圖可以得到以下幾點(diǎn);1）在高頻部分，四組電池的阻抗基本一樣。這是由于高頻部分測(cè)試的是電池的鉑電極和電解液界面的阻抗，而四個(gè)電池采用的是同一型號(hào)的 Pt 電極，故在高頻部分四組電池的阻抗基本一樣。2）在中頻部分，1 號(hào)組和 4 號(hào)組的抗住明顯高于 2 號(hào)和 3 號(hào)組，通過對(duì)比兩者之間摻混的不同，結(jié)合在中頻區(qū)域電池的阻抗是電子在二氧化鈦薄膜中的傳輸和復(fù)合阻抗為主的，故可以推斷，二氧化鈦薄膜的厚度能影響電池的內(nèi)部阻抗，二氧化鈦薄膜越厚，電池的中頻區(qū)域的阻抗就越大。通過這可以得出一個(gè)結(jié)論。雖然適當(dāng)?shù)脑黾佣趸伇∧ず穸瓤梢栽黾尤玖系奈剑?/p>