聚合物染料敏化劑及光陽極改性對染料敏化太陽能電池性能影響研究

【摘要】：染料敏化太陽能電Sensitized Solar Cell,DSSC)以其低成本的原料、光電轉(zhuǎn)化率不受溫度影響和制作工藝簡單引起了人們廣泛關(guān)注,目前所報(bào)道的光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)12.3%,有希望代替硅系太陽能電池成為新一代實(shí)用型高性能太陽能電池。染料敏化劑和納米多孔半導(dǎo)體薄膜是DSSC的重要組成部分,論文分別對它們進(jìn)行了詳細(xì)研究。 選擇5,8-二噻吩喹喔啉(A1Q1A1)、5,7-二噻吩噻吩并吡嗪(A1Q2A1)及4,7-二噻吩苯并噻唑(DTBT)為電化學(xué)聚合單體,以四丁基六氟磷酸銨為電解質(zhì),采用三電極法對聚合單體分別進(jìn)行均聚、無規(guī)共聚和嵌段共聚制得聚合物染料敏化劑。對于聚合物染料敏化劑,通過IR、UV-Vis及DSC等進(jìn)行了表征,探討了聚合方式、聚合方法、聚合時(shí)間及摻雜/脫摻雜電解質(zhì)等因素對器件光伏性能的影響；結(jié)果表明器件性能最好的是A1Q1A1與A1Q2A1嵌段聚合的敏化劑,η=0.066%。在電化學(xué)聚合反應(yīng)中摻雜/脫摻雜TBAPF6電解質(zhì)對器件性能也有一定影響,脫摻雜電解質(zhì)后器件性能提高2-3倍。 分別采用水熱法、漿料法及浸涂法合成ZnO層,制備了TiO2/ZnO復(fù)合光陽極,采用化學(xué)浴沉積法(CBD)制備了CdS量子點(diǎn),探討了CdS量子點(diǎn)與N719染料對復(fù)合光陽極的共敏化作用。通過紫外光譜發(fā)現(xiàn)共敏化后光陽極的光吸收范圍變寬,通過共敏化光陽極器件的電化學(xué)阻抗譜分析發(fā)現(xiàn)共敏化后器件內(nèi)部電子壽命延長。將復(fù)合光陽極及共敏化光陽極應(yīng)用于DSSC,發(fā)現(xiàn)采用浸涂法制備的復(fù)合光陽極器件性能最好,光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)3.14%；不同Ti02層數(shù)及CdS吸附量對器件性能也有一定影響,最優(yōu)的CdS/N719共敏化后器件的光電轉(zhuǎn)化效率提高到3.36%。 采用浸涂醋酸鹽及氯化物溶液的浸涂法對光陽極進(jìn)行改性。通過X射線光電子能譜及X射線衍射分析確定了通過浸涂醋酸鹽及氯化物在光陽極表面形成了新的氧化物層。通過紫外光譜、電化學(xué)阻抗譜及器件暗電流測試表明改性后光陽極光吸收范圍變寬,器件內(nèi)部電子壽命因?yàn)樾碌难趸飳有纬啥黾?器件內(nèi)部的暗反應(yīng)得到一定的抑制。將改性的光陽極應(yīng)用到DSSC中,分析了器件的光伏性能。在浸涂醋酸鹽時(shí),溶液濃度為0.005mol/L相比于0.05mol/L器件性能更好；討論了不同浸涂時(shí)間和各個浸涂物對器件性能的影響,發(fā)現(xiàn)浸涂醋酸鎂及氯化鋅器件光伏性能較好,光伏性能分別為η=5.38%和η=5.41%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物染料敏化劑 原位電化學(xué)聚合 復(fù)合光陽極 共敏化 改性 光伏性能
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4;TQ317
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-29
• 1.1 DSSC的研究背景11
• 1.2 DSSC基本結(jié)構(gòu)及工作原理11-12
• 1.3 DSSC性能及測試標(biāo)準(zhǔn)12-14
• 1.4 染料敏化劑的研究進(jìn)展14-19
• 1.4.1 金屬無機(jī)染料敏化劑14-15
• 1.4.2 非金屬有機(jī)染料敏化劑15-17
• 1.4.3 聚合物染料敏化劑及合成方法17-19
• 1.5 光陽極的研究進(jìn)展19-24
• 1.5.1 TiO_2光陽極的研究進(jìn)展19-21
• 1.5.2 ZnO光陽極的研究進(jìn)展21-24
• 1.6 光陽極上半導(dǎo)體薄膜的改性方法24-26
• 1.7 論文選題及研究成果26-29
• 第二章 器件制備及性能測試29-35
• 2.1 原料與試劑29-31
• 2.2 原料與試劑的純化31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器與分析測試32
• 2.4 光伏器件的制備與性能測試32-35
• 2.4.1 光伏器件的制備流程32-34
• 2.4.2 光伏器件的性能測試34-35
• 第三章 聚合物染料敏化劑的合成、表征及光伏性能研究35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-43
• 3.2.1 聚合物單體的合成36-39
• 3.2.2 原位電化學(xué)合成聚合物染料敏化劑39-43
• 3.3 聚合物染料敏化劑結(jié)構(gòu)分析43-48
• 3.3.1 聚合物單體及聚合物染料敏化劑的紅外(IR)表征43-45
• 3.3.2 聚合物染料敏化劑的紫外光譜(UV)分析45-46
• 3.3.3 聚合物染料敏化劑的差熱掃描量熱(DSC)分析46-48
• 3.4 光伏性能分析48-52
• 3.4.1 聚合時(shí)間的影響48-49
• 3.4.2 聚合方法的影響49-50
• 3.4.3 聚合方式的影響50-51
• 3.4.4 摻雜/脫摻雜電解質(zhì)的影響51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第四章 TiO_2/ZnO復(fù)合光陽極CdS/N719共敏化光伏性能研究54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分55-56
• 4.2.1 TiO_2/ZnO復(fù)合光陽極的制作55-56
• 4.2.2 CdS/N719共敏化光陽極的制作56
• 4.3 復(fù)合光陽極結(jié)構(gòu)分析56-59
• 4.3.1 不同方法合成的復(fù)合光陽極掃描電鏡(SEM)分析56-58
• 4.3.2 復(fù)合光陽極X射線衍射(XRD)分析58-59
• 4.4 CdS/N719共敏化光陽的紫外光譜(UV)分析59-60
• 4.5 CdS/N719共敏化復(fù)合光陽極器件的電化學(xué)阻抗譜(EIS)分析60-61
• 4.6 光伏性能分析61-65
• 4.6.1 復(fù)合光陽極不同制備方法的影響61-62
• 4.6.2 浸涂法中TiO_2層數(shù)的影響62-64
• 4.6.3 CdS吸附量的影響64
• 4.6.4 復(fù)合光陽極CdS/N719共敏化后的影響64-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 第五章 光陽極表面改性光伏性能研究66-85
• 5.1 引言66-67
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分67-68
• 5.2.1 醋酸鹽對光陽極進(jìn)行表面改性67
• 5.2.2 氯化物對光陽極進(jìn)行表面改性67-68
• 5.3 結(jié)果與討論68-84
• 5.3.1 改性光陽極的X射線電子能譜(XPS)分析68-70
• 5.3.2 改性光陽極的X射線衍射(XRD)分析70-71
• 5.3.3 改性光陽極的紫外光譜(UV)分析71-72
• 5.3.4 器件的電化學(xué)阻抗譜(EIS)分析72-75
• 5.3.5 器件的暗電流分析75-76
• 5.3.6 光伏性能分析76-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 第六章 結(jié)論與展望85-87
• 6.1 結(jié)論85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-95
• 致謝95-96
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96

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