【正文】 課程設(shè)計論文（設(shè)計） 硅太陽電池工藝研究 題 目 : 硅太陽電池工藝研究 姓 名 : 學(xué) 院 : 光伏工程學(xué)院 專 業(yè) : 光伏材料加工與應(yīng)用技術(shù) 班 級 : 08 級光伏（ 2）班 學(xué) 號 : 指 導(dǎo)教師 : 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................... 1 1. 前言 ........................................................................................................................... 2 2. 傳統(tǒng) DSSC對光的利用 ................................................................................................. 2 ........................................................................................... 2 ....................................................................................... 3 ........................................................................................... 5 TiO2顆粒尺寸對光利用研究 ........................................................... 6 TiO2薄膜厚度對光利用的影響 ........................................................ 7 ........................................................................................... 7 ..................................................................................................... 7 ......................................................................................................... 7 DSSC光利用的研究 ................................................................................. 7 DSSC.............................................................................................. 7 DSSC ........................................................................................ 10 ........................................................................................................................... 11 5 致謝 ........................................................................................................................... 12 6參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 13 1 硅太陽電池工藝研究 摘 要 ：本文對傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)染料敏化太陽電池在光利用方面作了簡要的論述，重點(diǎn)探討了作為染料敏化太陽電池光陽極材料的 TiO2薄膜和染料分子在光利用方面的特點(diǎn)。此外，對一些新型結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽電池在光利用方面的特點(diǎn)也作了簡要描述。 關(guān)鍵詞： 工藝研究 ，太陽電池，光利用 ， 2 1. 前言 染料敏化太陽 電池（ DSSC）是最近 20 年來，基于納米技術(shù)發(fā)展起來的一種新型太陽電池，與傳統(tǒng)硅電池相比，因其成本低，效率高而逐漸受到許多研究者的青睞（圖 1 是該電池的結(jié)構(gòu)示意圖）。傳統(tǒng) DSSC 主要由透明導(dǎo)電玻璃、多孔二氧化鈦薄膜、染料敏化劑、電解質(zhì)溶液（或固態(tài)電解質(zhì)）、對電極等組成。目前對染料敏化太陽電池的研究主要集中在 TiO2薄膜材料，電解液的開發(fā)，染料分子的設(shè)計。如何提高光的利用率，從而提高 DSSC 的光電轉(zhuǎn)換效率一直是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 圖 1 染料敏化太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖 Structure of dyesensitized solar cell 2. 傳統(tǒng) DSSC 對光的利用 導(dǎo)電玻璃對光的利用 由于傳統(tǒng) DSSC 采用的三明治結(jié)構(gòu)要求光陽極襯底必須具有透光性，因此透明導(dǎo)電玻璃（ transparent conductive oxide，簡稱 TCO）成為傳統(tǒng) DSSC 襯底的最佳選擇，這也是目前研究者所普遍采用的。它是在玻璃表面附著一層包括In、 Sb、 Zn和 Cd 的氧化物及其多元復(fù)合氧化物薄膜材料而構(gòu)成的。透明導(dǎo)電薄膜以摻錫氧化銦（ In2O3:Sn，簡稱 ITO）和摻氟的氧化錫（ SnO2:F，簡稱 FTO）為代表。導(dǎo)電膜的研究與應(yīng)用較為廣泛、成熟，在美、日等國已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。ITO 經(jīng)高溫?zé)崽幚砗?，面阻會呈?shù)量級增大，而 FTO 在此溫度熱處理后性質(zhì)仍然穩(wěn)定，因此 FTO 常作為傳統(tǒng) DSSC 中 TiO2薄膜的基體材料。圖 2所示為 SOLARONIX公司三種不同 FTO 的紫外 可見光透過率曲線，從圖中可以看出，導(dǎo)電玻璃在可3 見光范圍內(nèi)的最高透過率為 90%左右，有一部分太陽光沒有被利用，在遠(yuǎn)紅外波段 FTO 的透過率在 80%以下。選取 TCO 導(dǎo)電玻璃時，需將電阻與透過率綜合考慮，一般導(dǎo)電率越大，透過率越小，反之亦然。追求低電阻和高的光透 過率是今后TCO 研究中的一個重要方向 [1]。 圖 2 不同玻璃基體材料的 FTO 紫外 可見光透過率 [2] Fig. 2 UVVIS transmission spectra FTO coatings on various glasses substrates 染料敏化劑對光的利用 由導(dǎo)電玻璃透過的太陽光將被染料吸收，目前公認(rèn)的較好的光敏染料為釕的聯(lián)吡啶絡(luò)合物，其基本化學(xué)式為 ML2(X)2，其中 M代表釕， L 代表 4,439。二羧基2,239。聯(lián)吡啶， X 代表鹵素、氰基、硫氰酸根、乙酰丙酮、硫代氨基甲酸、 水等。在這一系列染料中，以 N3（紅染料）和 N719 性能最優(yōu)，應(yīng)用最廣。 N3 的最大吸收峰在 518nm 和 380nm，對應(yīng)摩爾消光系數(shù)分別為 10 4 Lmol 1cm 1和10 4 Lmol 1cm 1。但 N3 和 N719 對 600nm 以上的光譜響應(yīng)較差，吸收光譜范圍與太陽光譜不能很好匹配，因此不能有效利用這部分太陽光。 2021 年Gr228。tzel 等 [3]合成了被稱為 “ 黑染料 ” 的光敏劑，其結(jié)構(gòu)式為 RuL3(SCN)3 (L=三聯(lián)吡啶三羧酸鹽 )。圖 3列出了 N3 和黑染料的分子結(jié)構(gòu)圖。 4 圖 3 N3 和黑 染料分子結(jié)構(gòu)圖 Molecular structures of N3 and black dye 圖 4 分別給出了 N3 和黑染料的吸收光譜及光吸收效率，兩種光敏染料在可見光波段都具有較高的光吸收， N3的長波吸收能力較差，而在 920nm 處黑染料仍具有光譜響應(yīng)，其吸收光譜相對 N3 紅移了大約 100nm。據(jù)報道用它作為敏化劑的電池在 太陽光照射下總的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 %。 設(shè)計合成性能更加優(yōu)良的光敏染料體系，進(jìn)一步提高長波范圍的光吸收仍是人們的主要研究方向之一。 Kubo 等用 N719 和黑 染料制備了疊層結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽電池，由于黑染料在近紅外具有很好的光吸收性能，可以吸收閾值達(dá) 1000 nm以內(nèi)的太陽光，彌補(bǔ)了 N719 染料在長波范圍吸光能力差的缺點(diǎn)，可以提高了電池的光譜響應(yīng)范圍和光電轉(zhuǎn)換效率，結(jié)果表明疊層結(jié)構(gòu)的電池比單獨(dú)用 N719 或黑染料的電池的光電流提高了 20%。 圖 4 N3和黑染料的吸收光譜及光吸收效率 Absorption spectra of N3 dye and black dye represented by absorbance and lightharvesting efficiency 5 圖 5新的光敏化劑 Ru(dcphen)2(NCS)2和 Ru(dcbiq)2(NCS)2的分子結(jié)構(gòu)式及其無水乙醇溶液中的吸收性能 Molecular structure of new al plex photosensitizes, Ru(dcphen)2(NCS)2 and Ru(dcbiq)2(NCS)2, and their absorption properties in ethanolic solution 開發(fā)對近紅外，紅外波段吸收的 染料，也是染料研究的一個重點(diǎn)。圖 5 列出了兩種新的光敏化劑 Ru(dcphen)2(NCS)2和 Ru(dcbiq)2(NCS)2的分子結(jié)構(gòu)式