高性能染料敏化太陽能電池的制備與研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池自問世之始就開始受到國內外科研人士的廣泛關注,經(jīng)過二十年的發(fā)展,目前對其實用化的需求已經(jīng)越來越迫切。本論文瞄準這一課題,對高效、穩(wěn)定、低成本、實用化染料敏化太陽能電池進行了系統(tǒng)的研究。研究內容包括：對染料敏化太陽能電池的二氧化鈦納米多孔薄膜進行優(yōu)化改性；對電池的封裝工藝進行改進并使用準固態(tài)電解質對傳統(tǒng)的液態(tài)電解質進行替換；對大面積染料敏化太陽能電池組件及其制備工藝進行了研究和開發(fā)；在染料敏化太陽能電池中引進了一種新型的薄膜對電極。 本論文通過對商業(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,并使其作為光陽極材料應用到染料敏化太陽能電池中,對制備的電池的電化學特性及其機理進行了研究和分析。以一種無金屬的有機染料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極,獲得了更高的填充因子,開路電壓,短路電流和更高的光電轉換效率。通過電化學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。 針對電池的封裝,本論文提出了一種雙層封裝工藝。通過比較環(huán)氧樹脂單層封裝,沙林樹脂單層封裝和沙林樹脂、環(huán)氧樹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,驗證了雙層封裝工藝的優(yōu)勢,并通過電化學阻抗譜分析了其衰減機理。經(jīng)過1000小時30℃的老化試驗,沙林樹脂、環(huán)氧樹脂的雙層封裝的電池保持較好的穩(wěn)定性,電池性能經(jīng)過穩(wěn)定后甚至略高于起始性 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的準固態(tài)染料敏化太陽能電池。通過對聚合物凝膠電解質中液態(tài)電解質的吸收率和離子電導率的測試,以及對制備的準固態(tài)太陽能電池性能和電化學阻抗譜的測試比較,優(yōu)化了聚合物凝膠電解質的成分。制備的準固態(tài)染料敏化太陽能電池得到5.13%的高光電轉換效率(AM1.5,100mW/cm2)。 針對染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進行了研究,包括如何放大染料敏化太陽能電池的面積,制備真正能用于實用化的大面積染料敏化太陽能電池組件,與電池的產(chǎn)業(yè)化相接軌。研究和開發(fā)了制備內部串聯(lián)的染料敏化太陽能電池組件的制備工藝和制備流程,成功制備了10cm×10cm的內部串聯(lián)的染料敏化太陽能電池,光電轉換效率(η)達到7.18%。 首次在染料敏化太陽能電池中引入一種新型的薄膜對電極結構,該電極以多孔膜為基底,Pt為催化材料,成功制備了應用新型薄膜對電極的染料敏化太陽能電池,得到比傳統(tǒng)結構電池更高的光電流以及4.43%的光電轉化效率。為制備低成本輕便高效穩(wěn)定的柔性染料敏化太陽能電池提供了一種新思路。 【關鍵詞】：染料敏化太陽能電池 納米管 準固態(tài)電解質 雙層封裝 大面積 薄膜對電極
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 附件5-8
• 論文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第1章 緒論13-43
• 1.1 新能源產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)與機遇13-16
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展16-24
• 1.3 染料敏化太陽能電池的介紹24-34
• 1.4 本論文的研究目的和內容34-36
• 參考文獻36-43
• 第2章 染料敏化太陽能電池相關原理、參數(shù)及相關測試43-57
• 2.1 染料敏化太陽能電池的工作原理43-45
• 2.2 染料敏化太陽能電池的光電性能參數(shù)45-49
• 2.3 染料敏化太陽能電池的光電性能測試49-51
• 2.4 染料敏化太陽能電池的電化學阻抗譜測試51-56
• 參考文獻56-57
• 第3章 二氧化鈦納米管電極材料的制備與電池性能研究57-89
• 3.1 二氧化鈦納米管的制備機理58-59
• 3.2 TiO_2納米管制備過程59-60
• 3.3 TiO_2納米管染料敏化太陽能電池的研究60-71
• 3.4 TiO_2納米管/納米顆粒染料敏化太陽能電池的研究71-81
• 3.5 本章小結81-83
• 參考文獻83-89
• 第4章 染料敏化太陽能電池的封裝與穩(wěn)定性研究89-105
• 4.1 實驗過程89-92
• 4.2 結果與討論92-100
• 4.3 本章小結100-101
• 參考文獻101-105
• 第5章 準固態(tài)染料敏化太陽能電池的研究105-129
• 5.1 PAA-PEG聚合物凝膠電解質(PGE)介紹105-107
• 5.2 實驗過程107-110
• 5.3 結果與討論110-124
• 5.4 本章小結124-125
• 參考文獻125-129
• 第6章 大面積染料敏化太陽能電池產(chǎn)業(yè)化研究129-145
• 6.1 前言129-133
• 6.2 實驗過程133-136
• 6.3 結果與討論136-142
• 6.4 本章小結142-143
• 參考文獻143-145
• 第7章 低成本輕便染料敏化太陽能電池結構設計145-157
• 7.1 前言145-146
• 7.2 實驗過程146-148
• 7.3 結果與討論148-152
• 7.4 本章小結152-153
• 參考文獻153-157
• 第8章 全文總結157-163
• 8.1 研究成果與創(chuàng)新157-159
• 8.2 展望159-163
• 博士期間發(fā)表論文及專利163-167
• 致謝167

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