染料敏化太陽(yáng)能電池準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及碳基對(duì)電極研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池以其轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在近20年間受到越來越多的關(guān)注,在各方面的發(fā)展也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)外研究者都普遍看好它在未來的市場(chǎng)前景,但染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性等問題始終制約著它的進(jìn)一步發(fā)展。本論文著眼于此,對(duì)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)、碳基材料對(duì)電極以及大面積染料敏化太陽(yáng)能電池模塊三個(gè)方面進(jìn)行研究,通過對(duì)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)化來提高染料敏化太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性,通過對(duì)碳基材料作為對(duì)電極材料的研究來進(jìn)一步降低成本,以促進(jìn)染料敏化太陽(yáng)能電池早日實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。 本論文以PEO/PVDF和PEO/P(VDF-HFP)共混聚合物作為基質(zhì),摻雜納米Ti02制備出兩種不同的高分子凝膠電解質(zhì),分別制備出光電轉(zhuǎn)換效率為5.52%和5.49%的準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池。文中對(duì)共混聚合物中不同高聚物的質(zhì)量比以及無機(jī)納米填充物對(duì)電解質(zhì)體系的電導(dǎo)率、電池的光電性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并對(duì)相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,向高聚物PEO中加入含氟的高分子材料并摻雜納米Ti02顆粒可以有效地降低電解質(zhì)本身的電阻率,降低共混物的結(jié)晶度,提高體系的離子電導(dǎo)率,并有效減少電極與電解質(zhì)間的電子復(fù)合。 在對(duì)電極方面,本論文將單壁、雙壁、多壁碳納米管作為對(duì)電極材料制備出不同的染料敏化太陽(yáng)能電池,并對(duì)電極的形貌、電化學(xué)性能、電池的光電性能以及穩(wěn)定性等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,最終分別得到了7.61%、8.03%、7.06%的光電轉(zhuǎn)換效率,并在室溫黑暗條件下600小時(shí)老化后,仍能保持最初光電轉(zhuǎn)換效率的90%以上。這些都表明碳納米管不但具有很強(qiáng)的催化活性,還具有很好的穩(wěn)定性,可以應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中以改善電荷傳輸?shù)倪^程和降低生產(chǎn)成本。 本論文還將二維的新型納米材料——石墨烯作為對(duì)電極材料制備染料敏化太陽(yáng)能電池。經(jīng)過熱處理后的石墨烯薄膜呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),這樣不但增大了電極內(nèi)部的有效催化反應(yīng)面積進(jìn)而促進(jìn)對(duì)電極與電解質(zhì)中氧化還原電對(duì)之間的電荷傳輸,而且還有效增強(qiáng)了石墨烯薄膜與FTO襯底之間的附著力。經(jīng)過對(duì)石墨烯對(duì)電極熱處理溫度的優(yōu)化,基于石墨烯對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池得到了6.81%的光電轉(zhuǎn)換效率。 另外,針對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池的實(shí)用化,本論文還研究開發(fā)了兩種不同設(shè)計(jì)的大面積染料敏化太陽(yáng)能電池模塊的制備工藝,制得面積為10cm×10cm的內(nèi)部并聯(lián)和Z-型串聯(lián)兩種染料敏化太陽(yáng)能電池模塊,光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到7.03%和8.08%。并將碳納米管對(duì)電極應(yīng)用于大面積染料敏化太陽(yáng)能電池模塊,也得到了5.51%的效率。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì) 碳納米管 石墨烯 對(duì)電極 染料敏化太陽(yáng)能電池模塊
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 論文摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 前言12-28
• 1.1 能源結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)12-15
• 1.2 太陽(yáng)能的特點(diǎn)及太陽(yáng)能電池的發(fā)展15-19
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理19-22
• 1.4 本論文的研究目的及內(nèi)容22-24
• 參考文獻(xiàn)24-28
• 第二章 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與性能研究28-52
• 2.1 PEO-PVDF基準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與研究29-36
• 2.2 PEO-P(VDF-HFP)準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及性能研究36-46
• 2.3 本章小結(jié)46-48
• 參考文獻(xiàn)48-52
• 第三章 碳納米管對(duì)電極染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與性能研究52-80
• 3.1 雙壁碳納米管對(duì)電極染料敏化太陽(yáng)能電池的研究53-61
• 3.2 單、雙、多壁碳納米管對(duì)電極染料敏化太陽(yáng)能電池的研究與比較61-72
• 3.3 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 第四章 石墨烯對(duì)電極染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與性能研究80-102
• 4.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)及特性80-84
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程84-87
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論及機(jī)理研究87-95
• 4.4 本章小結(jié)95-96
• 參考文獻(xiàn)96-102
• 第五章 大面積染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與研究102-126
• 5.1 大面積染料敏化太陽(yáng)能電池模塊的結(jié)構(gòu)103-111
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過程111-115
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論及研究115-121
• 5.4 本章小結(jié)121-122
• 參考文獻(xiàn)122-126
• 第六章 全文總結(jié)與展望126-130
• 6.1 主要研究成果與創(chuàng)新126-128
• 6.2 展望128-130
• 博士期間發(fā)表的論文及專利130-134
• 致謝134

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染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池電解質(zhì)的優(yōu)化    戴松元,肖尚鋒,史成武,陳雙宏,黃陽(yáng),孔凡太,胡林華,潘旭,隋毅峰,翁堅(jiān),王孔嘉

溫度對(duì)不同電解質(zhì)的大面積DSCs電池性能的影響    戴松元,陳雙宏,肖尚鋒,史成武,黃陽(yáng),孔凡太,胡林華,潘旭,翁堅(jiān),郭力,王孔嘉

染料敏化太陽(yáng)電池研究進(jìn)展    孔凡太;戴松元;

染料敏化太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程分析    田漢民;劉斌;于濤;鄒志剛;

大面積染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池的研制    戴松元,王孔嘉,隋毅峰,翁堅(jiān),黃陽(yáng),胡林華,孔凡太,陳雙宏,肖尚鋒,王衛(wèi)國(guó),潘旭,史成武,郭力

局部旁路漏電對(duì)太陽(yáng)電池結(jié)特性的影響    施小忠,汪樂,夏冠群

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復(fù)配無機(jī)光吸附層的垂直排列的氧化物納米陣列太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展    季書林;葉長(zhǎng)輝;張立德;

染料敏化太陽(yáng)電池的實(shí)用化研究    陳雙宏;翁堅(jiān);黃陽(yáng);王利軍;戴松元;

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氨綸拉伸-回復(fù)過程的力學(xué)行為與熱效應(yīng)    廖云;王孟;陳大俊;

PDMAEMA/PSF中空纖維復(fù)合納濾膜的截留性能與預(yù)涂膜中聚電解質(zhì)分子的構(gòu)象    李國(guó)東;杜啟云;王薇;任連娟;刁波;

聚偏氟乙烯/聚氨酯共混膜結(jié)構(gòu)與性能研究    胡曉宇;肖長(zhǎng)發(fā);安樹林;

聚乙烯中空纖維膜的親水改性研究    劉振;周津;李會(huì)軍;

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高效反應(yīng)性脫色絮凝劑的合成及應(yīng)用    董學(xué)亮;孫希孟;劉小培;李中賢;徐丹;余學(xué)軍;

超支化環(huán)氧化合物改善環(huán)氧樹脂力學(xué)性能機(jī)理分析    夏敏;羅運(yùn)軍;李曉萌;賴振峰;

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親水性聚合物在基因載體、表面蛋白固定及蛋白結(jié)晶方面的應(yīng)用    要旸

環(huán)保型高強(qiáng)高韌端氨基聚醚—環(huán)氧樹脂的研究    趙立英

可降解PLA-PBT共聚酯的合成與改性    王炳濤

聚電解質(zhì)絡(luò)合物的可加工性及其功能材料的構(gòu)建基礎(chǔ)    趙強(qiáng)

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染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜太陽(yáng)電池研究    韓宏偉

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