染料敏化太阳电池的基础研究及其柔性化初步探讨

论文摘要

染料敏化太阳电池（DSSCs）是一种新型光电化学太阳电池,它制作工艺简单,成本低和性能稳定,并对环境友好,具有很好的应用前景。它在太阳电池研究上具有重要意义。本文利用商品P25制备出纯TiO2薄膜电极。利用SEM、XRD对薄膜电极的表面形貌,晶型进行分析。通过N3光敏化剂对TiO2薄膜电极进行敏化,并组装成太阳电池进行测试,制备出了开路电压为576mV、短路电流为15mA?cm-2、填充因子为0.45、光电转化效率为4.83%的染料敏化太阳电池。通过在液体电解质中加入高分子聚合物聚氧化乙烯（PEO）,得到凝胶态电解质,并将其应用在染料敏化太阳电池中。利用原子力显微镜（AFM）研究了凝胶电解质成膜后的表面形貌;利用DDS-11A型电导率仪研究了电解质电导率与PEO质量分数之间的关系以及聚合物分子量与电导率之间的关系。实验结果表明,随着PEO的含量与分子量的增加,凝胶电解质的电导率值呈非线性关系下降,PEO的分子量与电解质的电导率的关系满足类似Mark-Houwink方程。采用线性扫描伏安法测试了组装的凝胶态染料敏化太阳电池,电池的I-V曲线结果表明,分子量为5×105、1×106、1.5×106、2×106的PEO基凝胶电解质对应的电池的光电转化效率分别为2.09%、2.01%、2.43%和1.68%。分析得出:PEO分子量1.5×106、质量百分含量为17.9%的凝胶电解质是最佳制备工艺。导电玻璃作为染料敏化太阳电池的对电极,不仅增加了电池的成本和重量,而且也为电池的柔性化带来了困难。本文通过在金属织物的表面镀一层铂制备出一种新型的柔性对电极。镀铂织物对电极与导电玻璃对电极对550nm波长光的反射率基本相等。将金属织物对电极应用于染料敏化太阳电池中制备出开路电压为520mV、短路电流为5.75mA?cm-2、填充因子为0.40和光电转化效率为1.49%的新型染料敏化太阳电池。金属织物在染料敏化太阳电池中的应用为染料敏化太阳电池降低成本及其柔性化提供了一条新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 太阳电池的研究意义、主要种类和优缺点
• 1.1.1 硅太阳电池
• 1.1.2 化合物半导体电池
• 1.1.3 染料敏化太阳电池
• 1.2 染料敏化太阳电池结构与工作原理
• 1.2.1 染料敏化太阳电池结构
• 1.2.2 染料敏化太阳电池工作原理
• 1.3 染料敏化太阳电池的国内外研究现状
• 1.4 论文的研究内容及创新之处
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 本论文的创新之处
• 1.5 小结
• 2 液态染料敏化太阳电池
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验目的
• 2.1.2 实验设备及原料
• 2.1.3 二氧化钛膜的制备
• 2.1.4 二氧化钛膜表面形貌的扫描电镜（SEM）观察
• 2.1.5 二氧化钛膜的X 射线衍射分析
• 2.1.6 敏化溶液、电解液和对电极的制备
• 2.1.7 二氧化钛膜的敏化和太阳电池组装
• 2.1.8 染料敏化太阳电池光电性能测试
• 2.2 测试结果与讨论
• 2.2.1 二氧化钛膜的表面形貌
• 2.2.2 二氧化钛膜的X-射线衍射曲线
• 2.2.3 染料敏化太阳电池的光电性能
• 2.3 小结
• 3 PEO 基凝胶电解质在染料敏化太阳电池中的应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 实验设备及原料
• 3.1.3 二氧化钛膜、敏化溶液、PEO 基凝胶电解质和对电极的制备
• 3.1.4 二氧化钛膜的敏化和凝胶态染料敏化太阳电池的封装
• 3.1.5 PEO 基凝胶电解质的原子力电镜（AFM）观察
• 3.1.6 PEO 基凝胶电解质电导率分析
• 3.1.7 PEO 基凝胶电解质太阳电池光电性能分析
• 3.2 测试结果与讨论
• 3.2.1 PEO 基凝胶电解质的表面形貌
• 3.2.2 PEO 基凝胶电解质成分对电导率的影响
• 3.2.3 温度对PEO 基凝胶电解质电导率的影响
• 3.2.4 PEO 基凝胶染料敏化太阳电池光电性能
• 3.3 结论
• 4 金属织物对电极在染料敏化太阳电池中的应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验设备及原料
• 4.1.3 二氧化钛膜、敏化溶液、PEO 基凝胶电解质和对电极的制备
• 4.1.4 二氧化钛膜的敏化和染料敏化太阳电池的组装
• 4.1.5 对电极反射率测试
• 4.1.6 以织物为对电极的染料敏化太阳电池光电性能测试
• 4.2 测试结果与讨论
• 4.2.1 对电极反射率
• 4.2.2 以织物为对电极的染料敏化太阳电池光电性能
• 4.3 小结
• 5 全文结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录