纖維光陽極表面氣溶膠沉積過程研究.pdf

1、納米晶薄膜在光伏器件中有著廣泛的應(yīng)用。納米晶薄膜制備方法對于薄膜光陽極結(jié)構(gòu)調(diào)控及優(yōu)化具有重要意義。氣溶膠沉積法，由于工藝簡單、可在復(fù)雜表面沉積等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于光伏電極制備。近年來，為了拓展電池應(yīng)用范圍、降低電池成本，新型纖維納米晶薄膜光伏電池得到了廣泛關(guān)注，其采取了創(chuàng)新性的纖維電池結(jié)構(gòu)。這標(biāo)志著氣溶膠沉積基底由傳統(tǒng)平板向纖維、織網(wǎng)等具有高曲率和精細(xì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜基底發(fā)展。相比平板電池，在纖維基底表面沉積制膜，要求半導(dǎo)體氣溶膠不僅需要更高

2、均勻性；而且纖維基底的邊緣效應(yīng)也成為了不可忽略的主要特征，電極界面氣溶膠沉積流場特征將顯著變化。研究纖維表面半導(dǎo)體氣溶膠的沉積流場對纖維光陽極結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。
　　本文針對氣溶膠沉積制備纖維光陽極中所面臨的界面流場作用更復(fù)雜等新科學(xué)問題，研究了纖維表面氣溶膠的沉積流場及其與纖維基底表面的相互作用。為提供更均勻的氣溶膠流場，研究結(jié)合CFD模擬以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化了氣溶膠的二次霧化過程；在此基礎(chǔ)上觀測并模擬分析了氣溶膠在纖維表面的沉

3、積行為，討論了沉積過程流場內(nèi)部相互作用機(jī)制；最后優(yōu)化并制備了納米晶氧化物纖維電極，將其成功應(yīng)用于纖維染料敏化光伏電池。
　　研究主要發(fā)現(xiàn)了如下結(jié)論：
　　①入口載氣流速和噴霧壓力等二次霧化器結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣溶膠傳輸和分布的均勻度有很重要的影響。當(dāng)載氣入口設(shè)于二次霧化器中部時(shí)，由于形成了更高效的混合區(qū)，二次霧化器出口處的乙醇的分布均勻度顯著提高。通過系統(tǒng)的分析，研究進(jìn)一步確立了二次霧化的優(yōu)化條件為：載氣流速=1.5m/s、噴霧壓力

4、=10bar。
　　②研究證明由于氣溶膠與基底表面相互作用可以衍生出兩種新的流型：平行軸向往兩側(cè)形成分流以及沿圓柱面形成圓柱繞流。兩者共同作用誘發(fā)纖維上聚集成串珠結(jié)構(gòu)的液滴。由于表面張力因素，纖維越粗越容易形成串珠結(jié)構(gòu)。液滴的形成是流場線自發(fā)組織形成的，通過旋轉(zhuǎn)基底不能避免液滴產(chǎn)生。
　?、刍妆砻娴牧鲌鼋Y(jié)構(gòu)直接影響成膜質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)由于氣溶膠流場線的聚集而導(dǎo)致在電極上聚集咖啡環(huán)等薄膜微觀形態(tài)，要形成較好的納米薄膜，不僅要提