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程中極易出現(xiàn)板形缺陷，難以滿足作為電池基板用要求。因此，結(jié)合柔性太陽能電池的制備及使用要求，需對不銹鋼基板的冷軋成形工藝進行優(yōu)化。本論文首先采用數(shù)值模擬的方法，對染料敏化太陽能電池用不銹鋼基板多道次冷軋過程進行有限元仿真，與實際結(jié)果相比較驗證了模型的可靠性；以單道次的軋制過程為例，研究了軋制壓下率、前后張力對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，但同時也使基板的邊部減薄率增加；當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，可在保證軋機安全的前提下得到優(yōu)良的板形。
　　其次，采用磁控濺射與陽極氧化相結(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。通過測量陽極氧化電流-時間曲線，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)溶液中的快速生長機制，并通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、X射線衍射（XRD）及電化學工作站（CHI）對TiO2納米管陣列進行了表征。研究結(jié)果表明，在光滑面的不銹鋼基底上納米管的生長速度達20.7nm·s-1，氧化5min后，納米管長度為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。當氧化時間為12min時，TiO2納米管陣列長達7.07μm，且膜基結(jié)合性能優(yōu)異。通過比較陽極氧化時間-電流曲線及FESEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴砂面上分布的滿型特征有利于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極，組裝為染料敏化太陽能電池（DSSC）后測試其J-V曲線并研究彎曲次數(shù)對電池性能的影響。通過比較發(fā)現(xiàn)，彎曲次數(shù)對噴砂面不銹鋼基底DSSC的開路電壓Voc及填充因子FF幾乎不產(chǎn)生影響，而對短路電流密度Jsc及轉(zhuǎn)換效率η的影響要比對光滑面不銹鋼基底DS