柔性不銹鋼冷軋成形數(shù)值模擬及表面TiO2納米管陣列的制備.pdf

1、柔性太陽(yáng)能電池用精密不銹鋼基底厚度很薄，受設(shè)備及工藝限制在成形過(guò)程中極易出現(xiàn)板形缺陷，難以滿(mǎn)足作為電池基板用要求。因此，結(jié)合柔性太陽(yáng)能電池的制備及使用要求，需對(duì)不銹鋼基板的冷軋成形工藝進(jìn)行優(yōu)化。本論文首先采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池用不銹鋼基板多道次冷軋過(guò)程進(jìn)行有限元仿真，與實(shí)際結(jié)果相比較驗(yàn)證了模型的可靠性；以單道次的軋制過(guò)程為例，研究了軋制壓下率、前后張力對(duì)軋制力及板形的影響。有限元模擬結(jié)果表明，隨著壓下率增加，軋制力增大

2、，同時(shí)基板邊部減薄率增大，凸度加大，平整度變差；增大前后張力均能使軋制力減小，但同時(shí)也使基板的邊部減薄率增加；當(dāng)基板的道次壓下率控制在20％以下，且在有效張力的選取范圍內(nèi)（q=(0.3~0.5)σ0.2）采用后張力稍大于前張力并與之接近的張力制度，可在保證軋機(jī)安全的前提下得到優(yōu)良的板形。
　　其次，采用磁控濺射與陽(yáng)極氧化相結(jié)合的方法，在柔性不銹鋼表面快速制備了規(guī)整的TiO2納米管陣列。通過(guò)測(cè)量陽(yáng)極氧化電流-時(shí)間曲線，分析了TiO2

3、納米管陣列在60V氧化電壓下在含0.5wt.%NH4F+3vol.%H2O的乙二醇電解質(zhì)溶液中的快速生長(zhǎng)機(jī)制，并通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、X射線衍射（XRD）及電化學(xué)工作站（CHI）對(duì)TiO2納米管陣列進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明，在光滑面的不銹鋼基底上納米管的生長(zhǎng)速度達(dá)20.7nm·s-1，氧化5min后，納米管長(zhǎng)度為6.2μm，管內(nèi)徑及管壁分別為50nm，薄膜與基底結(jié)合性能良好，最終形成了表面帶孔洞的TiO2納米管陣列薄膜

4、-Ti層-不銹鋼基底三層結(jié)構(gòu)；經(jīng)過(guò)450℃退火處理后得到銳鈦礦相的TiO2納米管陣列，與納米顆粒（NP）薄膜電極相比，TiO2納米管陣列（NTA）薄膜電極具有更優(yōu)異的光電化學(xué)性能。
　　為了提高薄膜與基底的結(jié)合性能，在噴砂面不銹鋼基底上制備了TiO2納米管陣列。當(dāng)氧化時(shí)間為12min時(shí)，TiO2納米管陣列長(zhǎng)達(dá)7.07μm，且膜基結(jié)合性能優(yōu)異。通過(guò)比較陽(yáng)極氧化時(shí)間-電流曲線及FESEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴砂面上分布的滿(mǎn)型特征有利于Ti膜形成

5、致密的柱狀晶結(jié)構(gòu)，使后續(xù)TiO2納米管陣列的生長(zhǎng)速度更平緩、更穩(wěn)定。
　　最后，分別以光滑面不銹鋼基底/Ti膜/TiO2納米管陣列、噴砂面不銹鋼基底/Ti膜/TiO2納米管陣列作為光陽(yáng)極，組裝為染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）后測(cè)試其J-V曲線并研究彎曲次數(shù)對(duì)電池性能的影響。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，彎曲次數(shù)對(duì)噴砂面不銹鋼基底DSSC的開(kāi)路電壓Voc及填充因子FF幾乎不產(chǎn)生影響，而對(duì)短路電流密度Jsc及轉(zhuǎn)換效率η的影響要比對(duì)光滑面不銹鋼基底DS