染料敏化太陽能電池用觸變性電解質(zhì)研究

【摘要】：染料敏化納米晶TiO2太陽能電池作為一種廉價高效的光伏設(shè)備近年來備受人們關(guān)注，這種電池是一種多組分體系，電解質(zhì)是其組成的核心部分。目前高效的電解質(zhì)為液態(tài)電解質(zhì)，但其組裝的電池僅光電轉(zhuǎn)換效率單方面達到了工業(yè)化要求，然而由于溶劑易揮發(fā)、易泄露、難封裝等缺點，造成器件穩(wěn)定性差，使用壽命短，遠遠不能滿足實用化要求。準固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)成為近年來研究的熱點。準固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)電池效率無法與液態(tài)電解質(zhì)相比，主要是由于這種電解質(zhì)的填充性和孔隙填充性較差，不能形成有效地界面結(jié)合，電解質(zhì)中離子的遷移速度較差等原因制約了電池效率的提高。因此，染料敏化太陽能電池用觸變性電解質(zhì)的研究具有重要意義。 本論文通過溶膠水熱法合成納米TiO2溶膠，運用電流體動力學方法(electro-hydrodynamic，EHD)制備了納米晶TiO2多孔光陽極薄膜。分別采用SiO2溶膠，SiO2納米粉體兩種不同前驅(qū)體并配合離子液體電解質(zhì)制備了兩類觸變性準固態(tài)電解質(zhì)。通過XRD、SEM及吸收光譜等方法對光陽極薄膜進行表征。結(jié)果表明：納米晶TiO2光陽極薄膜中TiO2為銳鈦礦型，薄膜中具有多孔結(jié)構(gòu)特征，N3染料敏化后光陽極表現(xiàn)出良好的光吸收。兩類血液仿生觸變性電解質(zhì)均具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較好的離子電導(dǎo)能力和孔隙填充性。 利用血液仿生觸變性電解質(zhì)成功組裝染料敏化太陽能電池，并進行光電性能的分析。在模擬太陽光強度為100mW/cm2下，TOPE型電解質(zhì)組裝電池獲得的最高總體光電能量轉(zhuǎn)換效率為6.04%，NAPE型電解質(zhì)組裝電池獲得的最高總體光電能量轉(zhuǎn)換效率為6.44%，并且均具有較高的填充因子(≥0.65)。電化學阻抗分析結(jié)果表明，這種觸變性準固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出與離子液體電解質(zhì)相比擬的電荷傳輸能力。在未進行任何封裝條件下，NAPE型和TOPE型電解質(zhì)組裝電池器件10天測試時間內(nèi)，電池器件的穩(wěn)定性都明顯優(yōu)于離子液體電解質(zhì)電池。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 準固態(tài)電解質(zhì) SiO2 觸變性
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 DSSC 電解質(zhì)國內(nèi)外研究進展11-13
• 1.3 染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)13-15
• 1.3.1 液態(tài)電解質(zhì)14
• 1.3.2 固態(tài)電解質(zhì)14
• 1.3.3 準固態(tài)電解質(zhì)14-15
• 1.3.4 存在的問題15
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容15-16
• 第2章 實驗和測試方法16-25
• 2.1 引言16-18
• 2.1.1 實驗試劑16-17
• 2.1.2 實驗儀器17-18
• 2.2 實驗方法18-23
• 2.2.1 離子液體電解質(zhì)的制備18
• 2.2.2 納米 SiO_2粒子型準固態(tài)電解質(zhì)的制備18-19
• 2.2.3 SiO_2溶膠型準固態(tài)電解質(zhì)的制備19
• 2.2.4 納米晶多孔 TiO_2薄膜的制備19-22
• 2.2.5 對電極的制備以及準固態(tài)電解質(zhì) DSSC 的組裝22-23
• 2.3 測試方法23-25
• 2.3.1 SEM 測試23
• 2.3.2 紫外-可見吸收光譜測試23
• 2.3.3 熱失重測試23-24
• 2.3.4 觸變性電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性能測試24
• 2.3.5 電池器件的 V-I 性能測試24
• 2.3.6 電池的電荷轉(zhuǎn)移過程分析24-25
• 第3章 光陽極薄膜的結(jié)構(gòu)及電解質(zhì)性質(zhì)表征25-37
• 3.1 引言25-26
• 3.2 染料敏化納米晶 TiO_2光陽極薄膜的結(jié)構(gòu)表征26-28
• 3.2.1 XRD 測試結(jié)果分析26-27
• 3.2.2 納米晶 TiO_2光陽極薄膜的 SEM 測試分析27-28
• 3.2.3 染料敏化光陽極薄膜的吸收光譜分析28
• 3.3 觸變性電解質(zhì)性質(zhì)表征28-35
• 3.3.1 流動性分析29-30
• 3.3.2 熱穩(wěn)定性分析30-31
• 3.3.3 熱失重分析31-32
• 3.3.4 觸變性電解質(zhì)離子電導(dǎo)率分析32-34
• 3.3.5 觸變性電解質(zhì)在染料敏化 TiO_2薄膜中分布34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 電池器件的光電性能37-54
• 4.1 引言37-38
• 4.2 TOPE 型電解質(zhì)組裝電池器件的光電性能分析38-45
• 4.2.1 電池器件的 V-I 曲線分析38-40
• 4.2.2 不同光強的 V-I 曲線分析40-41
• 4.2.3 不同解質(zhì)的電荷傳輸行為分析41-43
• 4.2.4 電池器件穩(wěn)定性分析43-45
• 4.3 NAPE 型觸變性電解質(zhì)組裝電池器件的光電性能分析45-52
• 4.3.1 電池器件的 V-I 曲線分析45-47
• 4.3.2 不同光強電池器件的 V-I 曲線分析47-48
• 4.3.3 不同電解質(zhì)的電荷傳輸行為分析48-50
• 4.3.4 電池器件穩(wěn)定性分析50-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 結(jié)論54-55
• 參考文獻55-59
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文59-60
• 致謝60

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