硅太阳电池工艺研究

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1、课程设计论文（设计）题目:硅太阳电池工艺研究姓名:张书语学院:光伏工程学院专业:光伏材料加工与应用技术班级:09级光伏（6）班学号:2095240604指导教师:刘娟目录摘要11.前言22.传统DSSC对光的利用22.1导电玻璃对光的利用22.2染料敏化剂对光的利用32.3多孔薄膜对光的利用52.3.1纳米晶TiO2颗粒尺寸对光利用研究62.3.2纳米晶TiO2薄膜厚度对光利用的影响72.4其它组成对光的利用72.4.1电解液72.4.2铂镜73.其它新型结构DSSC光利用的研究73.1二次利用光的DSSC73.2立体吸光结构的DSSC104.结论115致谢126参考文献13硅太阳电

2、池工艺研究摘要：本文对传统三明治结构染料敏化太阳电池在光利用方面作了简要的论述，重点探讨了作为染料敏化太阳电池光阳极材料的TiO2薄膜和染料分子在光利用方面的特点。此外，对一些新型结构的染料敏化太阳电池在光利用方面的特点也作了简要描述。关键词：工艺研究;太阳电池;光利用，141.前言　　染料敏化太阳电池（DSSC）是最近20年来，基于纳米技术发展起来的一种新型太阳电池，与传统硅电池相比，因其成本低，效率高而逐渐受到许多研究者的青睐（图1是该电池的结构示意图）。传统DSSC主要由透明导电玻璃、多孔二氧化钛薄膜、染料敏化剂、电解质溶液（或固态电解质）、对电极等组成。目前对染料敏化太阳电池

3、的研究主要集中在TiO2薄膜材料，电解液的开发，染料分子的设计。如何提高光的利用率，从而提高DSSC的光电转换效率一直是这一领域的研究热点。图1染料敏化太阳电池结构示意图Fig.1Structureofdye-sensitizedsolarcell2.传统DSSC对光的利用2.1导电玻璃对光的利用　　由于传统DSSC采用的三明治结构要求光阳极衬底必须具有透光性，因此透明导电玻璃（transparentconductiveoxide，简称TCO）成为传统DSSC衬底的最佳选择，这也是目前研究者所普遍采用的。它是在玻璃表面附着一层包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其多元复合氧化物薄膜材

4、料而构成的。透明导电薄膜以掺锡氧化铟（In2O3:Sn，简称ITO）和掺氟的氧化锡（SnO2:F，简称FTO）为代表。导电膜的研究与应用较为广泛、成熟，在美、日等国已实现产业化生产。ITO经高温热处理后，面阻会呈数量级增大，而FTO在此温度热处理后性质仍然稳定，因此FTO常作为传统DSSC中TiO214薄膜的基体材料。图2所示为SOLARONIX公司三种不同FTO的紫外-可见光透过率曲线，从图中可以看出，导电玻璃在可见光范围内的最高透过率为90%左右，有一部分太阳光没有被利用，在远红外波段FTO的透过率在80%以下。选取TCO导电玻璃时，需将电阻与透过率综合考虑，一般导电率越大，透过

5、率越小，反之亦然。追求低电阻和高的光透过率是今后TCO研究中的一个重要方向[1]。图2不同玻璃基体材料的FTO紫外-可见光透过率[2]Fig.2UV-VIStransmissionspectraFTOcoatingsonvariousglassessubstrates2.2染料敏化剂对光的利用　　由导电玻璃透过的太阳光将被染料吸收，目前公认的较好的光敏染料为钌的联吡啶络合物，其基本化学式为ML2(X)2，其中M代表钌，L代表4,4'-二羧基-2,2'-联吡啶，X代表卤素、氰基、硫氰酸根、乙酰丙酮、硫代氨基甲酸、水等。在这一系列染料中，以N3（红染料）和N719性能最优，应用最广。N3

6、的最大吸收峰在518nm和380nm，对应摩尔消光系数分别为1.3×104L·mol-1·cm-1和1.33×104L·mol-1·cm-1。但N3和N719对600nm以上的光谱响应较差，吸收光谱范围与太阳光谱不能很好匹配，因此不能有效利用这部分太阳光。2001年Grätzel等[3]合成了被称为“黑染料”的光敏剂，其结构式为RuL3(SCN)3(L=三联吡啶三羧酸盐)。图3列出了N3和黑染料的分子结构图。图3N3和黑染料分子结构图Fig.3MolecularstructuresofN3andblackdye14　　图4分别给出了N3和黑染料的吸收光谱及光吸收效率，两种光敏染料在可

7、见光波段都具有较高的光吸收，N3的长波吸收能力较差，而在920nm处黑染料仍具有光谱响应，其吸收光谱相对N3红移了大约100nm。据报道用它作为敏化剂的电池在AM1.5太阳光照射下总的光电转换效率达到10.4%。　　设计合成性能更加优良的光敏染料体系，进一步提高长波范围的光吸收仍是人们的主要研究方向之一。Kubo等用N719和黑染料制备了叠层结构的染料敏化太阳电池，由于黑染料在近红外具有很好的光吸收性能，可以吸收阈值达1000nm以内的太阳光，弥补了N71