高性能染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池自問(wèn)世之始就開(kāi)始受到國(guó)內(nèi)外科研人士的廣泛關(guān)注，經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，目前對(duì)其實(shí)用化的需求已經(jīng)越來(lái)越迫切。本論文瞄準(zhǔn)這一課題，對(duì)高效、穩(wěn)定、低成本、實(shí)用化染料敏化太陽(yáng)能電池進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究?jī)?nèi)容包括：對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的二氧化鈦納米多孔薄膜進(jìn)行優(yōu)化改性；對(duì)電池的封裝工藝進(jìn)行改進(jìn)并使用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)對(duì)傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行替換；對(duì)大面積染料敏化太陽(yáng)能電池組件及其制備工藝進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)；在染料敏化太陽(yáng)能電池中引進(jìn)了一種新型的

2、薄膜對(duì)電極。
　　 本論文通過(guò)對(duì)商業(yè)化的P25二氧化鈦納米顆粒熱堿處理制備得到二氧化鈦納米管，并使其作為光陽(yáng)極材料應(yīng)用到染料敏化太陽(yáng)能電池中，對(duì)制備的電池的電化學(xué)特性及其機(jī)理進(jìn)行了研究和分析。以一種無(wú)金屬的有機(jī)染料D102作為染料敏化劑，用純納米管和P25制備的電池分別得到7.6％和9.8％的光電轉(zhuǎn)化效率(AM1.5，100mW/cm2)。并以釕的配合物染料N719作為染料敏化劑，將不同比例的TiO2納米管摻入納米顆粒中制備光陽(yáng)

3、極，獲得了更高的填充因子，開(kāi)路電壓，短路電流和更高的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜分析了不同比例雜化膜中電子傳輸電阻，電子壽命的變化趨勢(shì)。
　　 針對(duì)電池的封裝，本論文提出了一種雙層封裝工藝。通過(guò)比較環(huán)氧樹(shù)脂單層封裝，沙林樹(shù)脂單層封裝和沙林樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂雙層封裝的電池在80℃加熱老化和30℃老化后電池性能的變化趨勢(shì)，驗(yàn)證了雙層封裝工藝的優(yōu)勢(shì)，并通過(guò)電化學(xué)阻抗譜分析了其衰減機(jī)理。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)30℃的老化試驗(yàn)，沙林樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂

4、的雙層封裝的電池保持較好的穩(wěn)定性，電池性能經(jīng)過(guò)穩(wěn)定后甚至略高于起始性能。
　　 另外，為改善電池穩(wěn)定性，本論文還研究了一種聚合物凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)對(duì)聚合物凝膠電解質(zhì)中液態(tài)電解質(zhì)的吸收率和離子電導(dǎo)率的測(cè)試，以及對(duì)制備的準(zhǔn)固態(tài)太陽(yáng)能電池性能和電化學(xué)阻抗譜的測(cè)試比較，優(yōu)化了聚合物凝膠電解質(zhì)的成分。制備的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池得到5.13％的高光電轉(zhuǎn)換效率(AM1.5，100 mW/cm2)。
　　 針

5、對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了研究，包括如何放大染料敏化太陽(yáng)能電池的面積，制備真正能用于實(shí)用化的大面積染料敏化太陽(yáng)能電池組件，與電池的產(chǎn)業(yè)化相接軌。研究和開(kāi)發(fā)了制備內(nèi)部串聯(lián)的染料敏化太陽(yáng)能電池組件的制備工藝和制備流程，成功制備了10cm×10cm的內(nèi)部串聯(lián)的染料敏化太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率(η)達(dá)到7.18％。
　　 首次在染料敏化太陽(yáng)能電池中引入一種新型的薄膜對(duì)電極結(jié)構(gòu)，該電極以多孔膜為基底，Pt為催化材料，成功制備了應(yīng)用