染料敏化太陽(yáng)能電池中PEG基體聚合物電解質(zhì)和低鉑負(fù)載量對(duì)電極研究

【摘要】： 染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC),具有低成本、易制備和高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前光電轉(zhuǎn)換材料和納米技術(shù)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。染料敏化太陽(yáng)能電池的研究不僅對(duì)探索制備廉價(jià)太陽(yáng)能電池的途徑有實(shí)際意義,其研究對(duì)半導(dǎo)體光電子學(xué)、納米多孔材料、有機(jī)電解質(zhì)、材料界面理論及光電化學(xué)等方面均具有重要的科學(xué)意義。本論文較為詳細(xì)地綜述了染料敏化太陽(yáng)能電池的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,針對(duì)DSSC中電解質(zhì)和對(duì)電極研究開發(fā)中存在的問(wèn)題,開展了PEG基體聚合物電解質(zhì)和低鉑對(duì)電極的研究。通過(guò)對(duì)制備不同聚合物電解質(zhì)基體的研究,探討聚合物電解質(zhì)離子導(dǎo)電的一般規(guī)律,考察聚合物電解質(zhì)中不同的組成成分對(duì)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率以及聚合物準(zhǔn)固態(tài)DSSC光電性能的影響,以期提高聚合物染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命和光電性能;制備了低鉑含量的鉑對(duì)電極和鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極,研究其對(duì)DSSC光電性能的影響,以期獲得高活性、制備成本更為低廉的對(duì)電極。主要研究?jī)?nèi)容如下: 1.采用共混的方法制備了PEG/PVP聚合物電解質(zhì),對(duì)其組成進(jìn)行了優(yōu)化;通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)碘鹽篩選,在該電解質(zhì)體系中采用KI具有較高的離子導(dǎo)電性能;考察了KI濃度與聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的變化關(guān)系,用離子對(duì)模型對(duì)這一變化規(guī)律進(jìn)行了解釋;對(duì)聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率?溫度特性關(guān)系分析,電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增加,其σ-T曲線符合Arrhenius方程;表征了碘及碘化鉀在共混聚合物基體中的溶解特性,并用聚合物電解質(zhì)組裝了DSSC,測(cè)定了光電性能,討論了PVP對(duì)其光電性能影響,在優(yōu)化的條件下,獲得了4.01%的光電轉(zhuǎn)換效率;考察了共混聚合物電解質(zhì)DSSC長(zhǎng)期穩(wěn)定性,表現(xiàn)出了優(yōu)于液體電解質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,在兩個(gè)月的測(cè)試時(shí)間內(nèi),總光電轉(zhuǎn)換效率的變化在±5%以內(nèi)。 2.通過(guò)縮合反應(yīng)制備了PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物電解質(zhì)。用FTIR和DSC對(duì)交聯(lián)聚合物進(jìn)行了表征,分析了以PEG與TEOS的交聯(lián)反應(yīng),將液態(tài)的PEG-1000凝膠化。優(yōu)化了I?/I3?氧化還原電對(duì)在PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物基體中的濃度,獲得了該電解質(zhì)體系中離子電導(dǎo)率最大值為3.12毫西門子/厘米;采用拉曼光譜表征,證實(shí)了在聚合物電解質(zhì)中I3?和I2n+3?(n = 1, 2, 3,…)的形成以及單質(zhì)碘的溶解;在最優(yōu)化電解質(zhì)的條件下(交聯(lián)聚合物電解質(zhì)中含有KI 0.60摩爾/升和I2 0.06摩爾/升),該染料敏化太陽(yáng)能電池在100毫瓦/平方厘米的光強(qiáng)下獲得了4.97%的光電轉(zhuǎn)換效率,也表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。 3.采用鉑納米粒子電沉積法制備了用于染料敏化太陽(yáng)能電池的低鉑含量的對(duì)電極,表征了鉑納米粒子的還原生成及其形貌;考察了該制備方法電沉積時(shí)間與其組裝的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)當(dāng)FTO導(dǎo)電玻璃在鉑納米水溶膠中電沉積時(shí)間達(dá)到20分鐘時(shí),可以獲得較好的光電效果并且對(duì)電極鉑的含量相對(duì)較少。并與電化學(xué)電鍍法、熱分解法制備的鉑對(duì)電極進(jìn)行了比較,以鉑納米粒子電沉積法制備對(duì)電極的DSSC獲得的光電性能與電化學(xué)電鍍法制備的對(duì)電極相當(dāng),并高于熱分解法制備的對(duì)電極。 4.用NaBH4還原法將鉑負(fù)載于碳黑之中,制備了用于DSSC的鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極,表征了鉑納米粒子在碳黑上的負(fù)載及其形貌;并用循環(huán)伏安法比較了電化學(xué)電鍍法制備的鉑電極、碳黑電極及鉑/碳黑復(fù)合電極在I?/I3?體系中的的催化活性;考察了鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極中鉑的負(fù)載量對(duì)DSSC光電性能的影響;通過(guò)光電性能的比較,發(fā)現(xiàn)采用鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極的DSSC具有不低于采用鉑金對(duì)電極的DSSC相當(dāng)?shù)墓怆娦阅?它們的光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.72%和6.63%。 通過(guò)上述研究,以期對(duì)DSSC中電解質(zhì)和對(duì)電極的進(jìn)一步研究提供參考,并為DSSC的實(shí)際應(yīng)用提供一些技術(shù)和工藝參數(shù)。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 聚合物電解質(zhì) 氧化還原電對(duì) 對(duì)電極 鉑納米粒子 碳黑
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 緒論11-39
• 1.1 引言11
• 1.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)展簡(jiǎn)史11-14
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)14-17
• 1.3.1 多孔半導(dǎo)體氧化物薄膜14-15
• 1.3.2 敏化染料15-16
• 1.3.3 電解質(zhì)16-17
• 1.3.4 對(duì)電極17
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理17-18
• 1.5 染料敏化太陽(yáng)能電池中電子的遷移18-22
• 1.6 I~/I_3~-氧化還原電對(duì)對(duì)DSSC 性能的影響22-24
• 1.6.1 對(duì)DSSC 開路電壓的影響22-23
• 1.6.2 對(duì)DSSC 短路電流密度的影響23-24
• 1.7 染料敏化太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展24-36
• 1.7.1 半導(dǎo)體氧化物膜的研究進(jìn)展24-26
• 1.7.1.1 二氧化鈦薄膜電極的研究24-25
• 1.7.1.2 其它寬禁帶半導(dǎo)體氧化物電極的研究25-26
• 1.7.1.3 復(fù)合膜電極的研究26
• 1.7.2 光敏化染料研究現(xiàn)狀26-30
• 1.7.2.1 釕吡啶有機(jī)金屬配合物27-28
• 1.7.2.2 純有機(jī)染料28
• 1.7.2.3 其它金屬配合物染料28-29
• 1.7.2.4 天然染料29
• 1.7.2.5 半導(dǎo)體量子點(diǎn)染料29-30
• 1.7.3 電解質(zhì)研究現(xiàn)狀30-34
• 1.7.3.1 液態(tài)電解質(zhì)體系30-31
• 1.7.3.2 固體電解質(zhì)31-33
• 1.7.3.3 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)33-34
• 1.7.4 對(duì)電極研究現(xiàn)狀34-36
• 1.7.4.1 鉑修飾對(duì)電極34-35
• 1.7.4.2 碳材料對(duì)電極35
• 1.7.4.3 聚合物對(duì)電極35-36
• 1.7.4.4 金屬基對(duì)電極36
• 1.8 染料敏化太陽(yáng)能電池性能的外部影響因素36-37
• 1.8.1 太陽(yáng)光強(qiáng)度對(duì)DSSC 光電性能的影響36
• 1.8.2 溫度對(duì)DSSC 光電性能的影響36-37
• 1.9 染料敏化太陽(yáng)能電池存在的問(wèn)題37-38
• 1.10 本論文研究目的和研究?jī)?nèi)容38-39
• 第2章 論文研究的實(shí)驗(yàn)與方法39-50
• 2.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑和儀器39-40
• 2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及組裝40-43
• 2.2.1 FTO 導(dǎo)電玻璃的準(zhǔn)備40
• 2.2.2 二氧化鈦多孔薄膜電極的制備40-42
• 2.2.3 對(duì)電極的制備42
• 2.2.4 電解質(zhì)42
• 2.2.5 染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝42-43
• 2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池性能的測(cè)試43-50
• 2.3.1 單色光光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)43-45
• 2.3.2 電池的總光電轉(zhuǎn)換效率45-50
• 第3章 PEG/PVP 共混聚合物電解質(zhì)的制備與研究50-66
• 3.1 PEG/PVP 共混聚合物的制備52-53
• 3.2 結(jié)果與討論53-64
• 3.2.1 共混聚合物的紅外表征53-54
• 3.2.2 共混聚合物電解質(zhì)組成的優(yōu)化54-58
• 3.2.3 共混聚合物的XPS 表征58-60
• 3.2.4 共混聚合物電解質(zhì)對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池性能的影響60-63
• 3.2.5 PEG/PVP 共混聚合物電解質(zhì)DSSC 的穩(wěn)定性63-64
• 3.3 本章小結(jié)64-66
• 第4章 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物電解質(zhì)的制備與研究66-76
• 4.1 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物電解質(zhì)的制備66-67
• 4.2 結(jié)果與討論67-74
• 4.2.1 紅外光譜分析67-68
• 4.2.2 差示掃描量熱法(DSC)分析68-69
• 4.2.3 KI 和 I_2 在 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物中的溶解69-70
• 4.2.4 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率70-72
• 4.2.5 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物電解質(zhì)DSSC 的光電性能72-73
• 4.2.6 PEG-TEOS 交聯(lián)聚合物電解質(zhì)DSSC 的穩(wěn)定性73-74
• 4.3 本章小結(jié)74-76
• 第5章 鉑納米粒子電沉積法制備低鉑負(fù)載量對(duì)電極的研究76-85
• 5.1 鉑金對(duì)電極的制備76-77
• 5.2 結(jié)果與討論77-83
• 5.2.1 納米粒子電沉積法制備鉑對(duì)電極的形貌表征77-79
• 5.2.2 鉑對(duì)電極的循環(huán)伏安分析79-80
• 5.2.3 電沉積時(shí)間對(duì)DSSC 光電性能的影響80-82
• 5.2.4 采用不同方法制備的鉑金對(duì)電極來(lái)組裝DSSC 的性能比較82-83
• 5.3 本章小結(jié)83-85
• 第6章 低鉑負(fù)載量鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極的制備與研究85-93
• 6.1 鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極的制備85-86
• 6.2 結(jié)果與討論86-91
• 6.2.1 鉑/碳黑的形貌表征86-87
• 6.2.2 鉑/碳黑對(duì)電極的循環(huán)伏安表征87-88
• 6.2.3 不同碳材料對(duì)電極DSSC 的光電性能88-89
• 6.2.4 鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極DSSC 的光電性能89-91
• 6.3 本章小結(jié)91-93
• 第7章 總結(jié)93-96
• 參考文獻(xiàn)96-111
• 附錄：博士在讀期間發(fā)表的文章111-113
• 致謝113

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CdS敏化對(duì)TiO_2納米薄膜電極光生電荷轉(zhuǎn)移特性的影響    錢新明,宋慶,白玉白,李鐵津,湯心頤,董紹俊,汪爾康

Ru(bpy)_2(NCS)_2染料敏化CdS/Zn~(2+)TiO_2復(fù)合半導(dǎo)體納米多孔膜的光電化學(xué)    張莉,王艷芹,楊邁之,高恩勤,蔡生民

五甲川菁染料的敏化作用及其在Gr¨atzel型太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    張莉,楊邁之,,高恩勤,喬學(xué)斌,郝彥忠,王艷琴,蔡生民,孟凡順,田禾

菁類染料敏化的固態(tài)納米TiO_2光電化學(xué)電池    張莉,任焱杰,張正誠(chéng),方世碧,田禾,蔡生民

分光光度法研究二羥基二過(guò)碘酸合鎳(Ⅳ)氧化三乙醇胺的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及機(jī)理    單金緩,魏海英,王莉,申世剛,劉保生,孫漢文,王安周

半導(dǎo)體光催化劑的表面修飾    王傳義,劉春艷,沈濤

染料敏化納米晶體TiO_2太陽(yáng)能電池的對(duì)電極結(jié)構(gòu)    姜春華;胡宇寧;萬(wàn)發(fā)榮;龍毅;

模具電火花成形加工的電極制造技術(shù)    高上品;

染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池的新型對(duì)電極研究    方曉明;張正國(guó);馬婷麗;

基于不同濃度鉑對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的性能研究    黃光勝;阮曉莉;竹懷君;

點(diǎn)焊機(jī)電極頭的改進(jìn)    溫澤民;

埋入式電極鹽浴爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)    

染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的研究進(jìn)展    李國(guó);胡志強(qiáng);高巖;劉敬肖;劉貴山;

染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極的研究進(jìn)展    尹艷紅;許澤輝;馮磊碩;楊書廷;李承斌;

用深電極融化凍土    馬熙富;

碳材料在太陽(yáng)能電池對(duì)電極中的研究進(jìn)展    張娓娓;劉貴山;胡志強(qiáng);鄭傳柯;顏世博;

高性能柔性載鉑對(duì)電極的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    傅年慶;林原;

新型固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極設(shè)計(jì)及聚吡咯對(duì)電極研究    夏江濱;陳玲;

電積沉方法制備染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極(英文)    Jeng-Yu Lin;Jen-Hung Liao;

MWCNT/TiO_2復(fù)合對(duì)電極的制備及其光電化學(xué)性能研究    顧云良;王育喬;孫岳明;

金屬硫化物對(duì)電極在敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    孫惠成;羅艷紅;李冬梅;孟慶波;

新型、高效染料敏化太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極    羅艷紅;劉喜哲;黃振;孟慶波;

恒電位聚合法制備染料敏化太陽(yáng)能電池中的PEDOT/MWCNT納米復(fù)合對(duì)電極    祁昊楠;王育喬;孫岳明;

FTO基底上原位合成Cu_2ZnSnS_4納晶薄膜及其在DSC對(duì)電極中的應(yīng)用    周正基;袁勝杰;武四新;

低溫制備染料敏化太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極    李可心;李冬梅;羅艷紅;孟慶波;

柔性基底上PEDOT:PSS-C復(fù)合薄膜對(duì)電極的制備    許芳怡;胡志強(qiáng);王仁博;高麗;

測(cè)定電極消耗 改善電極使用性能    楊雄飛

染料敏化太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)分析    素白

幾種常用傳感器的工作原理    河南 董美紅

發(fā)達(dá)國(guó)家電弧爐高效節(jié)能技術(shù)簡(jiǎn)介④    郭廷杰

太陽(yáng)能電池：讓“陽(yáng)光”主宰未來(lái)生活    本報(bào)記者　張顯峰

“雙極膜電滲析法生產(chǎn)葡萄糖酸研究”成果通過(guò)鑒定    科宣

車用動(dòng)力鎳氫電池通過(guò)驗(yàn)收    記者　 李玉成

“雙管齊下”水更清    本報(bào)記者 馮衛(wèi)東

未來(lái)主導(dǎo)：染料敏化太陽(yáng)能電池    本報(bào)記者 滕繼濮

不挖洞穴便能查知地下管道漏水    李點(diǎn)

染料敏化太陽(yáng)能電池新型對(duì)電極材料研究    姜奇?zhèn)?/span>

碳材料對(duì)電極在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    胡浩

染料敏化太陽(yáng)能電池用聚苯胺電解質(zhì)及對(duì)電極的制備與性能研究    秦琦

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    張丁文

基于異質(zhì)結(jié)和導(dǎo)電聚合物對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池研究    岳根田

介觀太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極研究    劉廣輝

染料敏化太陽(yáng)能電池中電極材料和寄生電阻的研究    周聰華

納米碳材料的制備及在染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極中的應(yīng)用研究    曾瑋

DMFC和DSSC的化學(xué)增強(qiáng)與光輔助增強(qiáng)催化    王耀瓊

非鉑催化材料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用    武明星

染料敏化太陽(yáng)能電池微鉑對(duì)電極的制備與性能    馬換梅

染料敏化太陽(yáng)能電池中低成本對(duì)電極的研究    王宇迪

染料敏化太陽(yáng)能電池炭對(duì)電極的研究    王德龍

染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極材料研究    郭霜霜

基于導(dǎo)電聚合物對(duì)電極的雙面染料敏化太陽(yáng)能電池研究    李艷

染料敏化太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極的研究    衛(wèi)艷雙

染料敏化太陽(yáng)能電池柔性對(duì)電極的制備及性能研究    竹懷君

碳材料對(duì)電極在染料敏化太陽(yáng)能電池中應(yīng)用    劉繼國(guó)

二維片層基復(fù)合對(duì)電極的可控構(gòu)筑及光電特性    苗小歡

基于電聚合聚苯胺對(duì)電極的離子液體型染料敏化太陽(yáng)能電池    葉報(bào)喜