染料敏化太陽能電池中薄膜電極的研究

【摘要】：本文以聚（3，4-乙烯二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）溶液為原料，通過加入有機(jī)溶劑二甲基亞砜（DMSO）和炭黑來提高其電導(dǎo)率及催化活性，采用滾涂法制備PEDOT/PSS薄膜對電極，分別討論了DMSO和炭黑的加入量對制備的對電極性能的影響。然后采用液相沉淀法，以NaSCN和CuSO4為原料，制備β-CuSCN納米粉體，加入表面活性劑聚乙二醇40（0PEG400）進(jìn)行分散，討論了反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度及PEG400的添加量對CuSCN納米粉體的影響。將制備的CuSCN納米粉體加入到PEDOT/PSS和DMSO的混合液中，添加離子液體，制備PEDOT/PSS-CuSCN固態(tài)電解質(zhì)，通過分析CuSCN的添加量對固態(tài)電解質(zhì)性能的影響，確定了CuSCN的最佳添加量。將制備的PEDOT/PSS對電極、PEDOT/PSS-CuSCN電解質(zhì)與TiO2光陽極，組裝成固態(tài)染料敏化太陽能電池。通過測試組裝電池的伏安特性，對固態(tài)染料敏化太陽能電池與液態(tài)染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性進(jìn)行了比較。 通過四探針測試儀、掃描電鏡、太陽能電池測試儀，分別測試了PEDOT/PSS薄膜對電極的方塊電阻、表面形貌及其伏安特性；通過X射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）和激光粒度分析儀分別對粉體的晶型和粒度進(jìn)行了分析；采用直流低電阻測試儀、電化學(xué)分析系統(tǒng)工作站、太陽能電池測試儀分別對PEDOT/PSS-CuSCN固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性及伏安特性進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明：添加炭黑和有機(jī)溶劑二甲基亞砜后，能顯著提高PEDOT/PSS薄膜對電極的電導(dǎo)率及伏安性能，當(dāng)PEDOT/PSS溶液與二甲基亞砜的質(zhì)量比為4.5:1，炭黑的加入量為0.5%時，制備的PEDOT/PSS薄膜對電極性能最好。在80℃下能夠合成β-CuSCN粉體。當(dāng)反應(yīng)物的濃度均為0.2mol/L，聚乙二醇400的添加量為1.5%時，得到的β-CuSCN粉體粒徑最小，平均粒徑為40nm左右。當(dāng)CuSCN粉體的添加量為8%時，制備的PEDOT/PSS-CuSCN固態(tài)電解質(zhì)性能最好，與PEDOT/PSS對電極組裝的固態(tài)染料敏化太陽能電池，在100mW/cm2的光照下，得到短路電流密度為1.98mA/cm2，開路電壓為0.55V，填充因子為0.51，光電轉(zhuǎn)化效率為1.03%；而且其穩(wěn)定性相比液態(tài)電池大幅提升。 【關(guān)鍵詞】：PEDOT/PSS CuSCN 對電極 固態(tài)電解質(zhì) 染料敏化 薄膜
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 前言10-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-26
• 1.1 DSSC 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理12-14
• 1.1.1 DSSC 的基本結(jié)構(gòu)12
• 1.1.2 DSSC 的工作原理12-14
• 1.2 染料敏化太陽能電池的評價參數(shù)14-16
• 1.3 電解質(zhì)的研究進(jìn)展16-21
• 1.3.1 液態(tài)電解質(zhì)17-18
• 1.3.2 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)18-19
• 1.3.3 固態(tài)電解質(zhì)19-21
• 1.3.3.1 無機(jī) P-型半導(dǎo)體材料19-20
• 1.3.3.2 導(dǎo)電聚合物20
• 1.3.3.3 固態(tài)聚合物電解質(zhì)20-21
• 1.4 對電極的研究進(jìn)展21-22
• 1.5 PEDOT/PSS 在 DSSC 中的應(yīng)用研究22-24
• 1.5.1 PEDOT/PSS 作為對電極的研究23-24
• 1.5.2 PEDOT/PSS 作為電解質(zhì)的研究24
• 1.6 本文的研究目的和研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實驗部分26-35
• 2.1 實驗藥品及設(shè)備26-27
• 2.1.1 實驗藥品26-27
• 2.1.2 實驗設(shè)備27
• 2.2 樣品的制備27-32
• 2.2.1 工作電極的制備27-29
• 2.2.1.1 玻璃基底的預(yù)處理27-28
• 2.2.1.2 致密 TiO2薄膜的制備28-29
• 2.2.1.3 多孔 TiO2薄膜的制備29
• 2.2.1.4 TiO2工作電極的制備29
• 2.2.2 PEDOT/PSS-CuSCN 固態(tài)電解質(zhì)的制備29-30
• 2.2.2.1 β-CuSCN 粉體的制備29-30
• 2.2.2.2 PEDOT/PSS-CuSCN 固態(tài)電解質(zhì)的制備30
• 2.2.3 LiI/I2液體電解質(zhì)的制備30-32
• 2.2.4 PEDOT/PSS 薄膜對電極的制備32
• 2.2.5 染料敏化太陽能電池的組裝32
• 2.3 分析測試方法32-35
• 2.3.1 X 射線衍射分析32-33
• 2.3.2 掃描電鏡分析33
• 2.3.3 透射電鏡分析33
• 2.3.4 粒度測試33
• 2.3.5 方塊電阻測試33
• 2.3.6 電導(dǎo)率測試33
• 2.3.7 循環(huán)伏安測試33-34
• 2.3.8 光電性能測試34-35
• 第三章 結(jié)果與討論35-52
• 3.1 CuSCN 納米粉體分析35-40
• 3.1.1 X 射線衍射分析35-36
• 3.1.2 粒徑分析36-39
• 3.1.2.1 反應(yīng)物濃度對粉體粒徑的影響36-38
• 3.1.2.2 表面活性劑對粉體粒徑的影響38-39
• 3.1.3 透射電鏡分析39-40
• 3.2 PEDOT/PSS 薄膜對電極分析40-46
• 3.2.1 表面形貌分析40-41
• 3.2.2 表面電阻分析41-43
• 3.2.2.1 二甲基亞砜對表面電阻的影響41-42
• 3.2.2.2 炭黑對表面電阻的影響42-43
• 3.2.3 伏-安特性曲線分析43-46
• 3.2.3.1 二甲基亞砜的量對 PEDOT/PSS 對電極伏-安性能的影響43-44
• 3.2.3.2 炭黑對 PEDOT/PSS 對電極伏-安性能的影響44-46
• 3.3 PEDOT/PSS-CuSCN 固態(tài)電解質(zhì)分析46-52
• 3.3.1 電導(dǎo)率分析46-47
• 3.3.2 伏-安特性曲線分析47-51
• 3.3.2.1 CuSCN 對固態(tài)電解質(zhì)伏安性能的影響47-48
• 3.3.2.2 固態(tài)電解質(zhì)伏安性能隨時間的變化48-51
• 3.3.3 循環(huán)伏安分析51-52
• 第四章 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-59
• 致謝59-60
• 附錄 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文及成果60

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