染料敏化太陽(yáng)能電池柔性對(duì)電極的制備及性能研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)的對(duì)電極主要用于收集電子，并起催化作用，加速I~-/I_3~-與對(duì)電極之間電子交換速度。傳統(tǒng)的對(duì)電極多以鍍有導(dǎo)電膜(如ITO、SnO_2)的玻璃為基底，在上面鍍上一層鉑(或碳，金，鎳等)加以修飾。然而，玻璃質(zhì)量大，易碎，限制了DSSC的商業(yè)化開發(fā)應(yīng)用。本文圍繞對(duì)電極的柔性化問(wèn)題開展研究，以高聚物(PEN)和不銹鋼為對(duì)電極基底替代材料。針對(duì)高聚物基板不耐高溫的問(wèn)題，采用多種低溫鍍覆工藝在高聚物基底上制作鉑對(duì)極，研究不同低溫鍍鉑工藝對(duì)導(dǎo)電高聚物基底DSSC光電性能的影響，以尋求最佳高聚物基底鉑對(duì)極的低溫制作工藝；針對(duì)金屬基板在含碘電解液中耐蝕性差的問(wèn)題，采用鍍鎳/鈍化等金屬表面處理工藝處理不銹鋼，之后用作對(duì)電極基底，探索了不銹鋼表面鍍鎳/鈍化之后鍍鉑對(duì)DSSC對(duì)電極導(dǎo)電性、電子傳輸、耐蝕性以及鍍覆層厚度、形貌等對(duì)DSSC光電性能及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響。主要結(jié)論如下： ①高聚物基底對(duì)電極采用化學(xué)鍍鉑制備時(shí)，串聯(lián)電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻都是最低的，且相應(yīng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高，其次為絲網(wǎng)印刷；采用電化學(xué)鍍鉑和旋轉(zhuǎn)涂布制備時(shí)，效果都不及化學(xué)鍍。 ②以表面鍍鎳304不銹鋼為對(duì)電極基底相比未鍍鎳304不銹鋼，電池的初始光電性能有所改善。且鍍鎳120分鐘時(shí)，電池的填充因子及光電轉(zhuǎn)換效率等最高。 ③以表面鍍鎳304不銹鋼為對(duì)電極基底相比未鍍鎳304不銹鋼，電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有所改善，隨著鍍鎳時(shí)間的增加，電池的穩(wěn)定性先升后降，且在鍍鎳時(shí)間為120分鐘時(shí)，效果最佳。 ④304不銹鋼在經(jīng)16.7%HNO_3+2%HF+H_2O溶液活化，而后以38%HNO_3+H_2O或7.5%HNO_3+4%K_2Cr_2O_7+H_2O溶液鈍化后在含I~-/I_3~-電對(duì)電解液中的耐蝕性可顯著提高；以之為DSSC的對(duì)電極基底，可使DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率較以未鈍化不銹鋼為對(duì)電極基底的DSSC提高約1.73%-2.43%，同時(shí)使得DSSC的短路電流，填充因子等都有一定程度的提高；穩(wěn)定性測(cè)試證明，基板鈍化后，DSSC的穩(wěn)定性較鈍化前有大幅度提高。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 柔性對(duì)電極 高聚物 不銹鋼
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 引言8-10
• 1.2 染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池10-16
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史10
• 1.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理10-15
• 1.2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池柔性對(duì)電極的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本課題的選題目的及研究?jī)?nèi)容16-18
• 2 染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及性能表征18-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及測(cè)試儀器18-20
• 2.2 DSSC 制作方法20-21
• 2.3 DSSC 性能指標(biāo)21-24
• 2.4 測(cè)試與表征方法24-25
• 3 染料敏化太陽(yáng)能電池柔性高聚物對(duì)電極的低溫制備及性能研究25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法25-27
• 3.2.1 電池的制備25-26
• 3.2.2 電池的測(cè)試26-27
• 3.3 分析與討論27-33
• 3.3.1 初始光電性能27-29
• 3.3.2 單色光轉(zhuǎn)換效率(IPCE)29-31
• 3.3.3 對(duì)電極/電解液界面電荷轉(zhuǎn)移電阻31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 4 鍍鎳對(duì)不銹鋼基底染料敏化太陽(yáng)能電池性能的影響34-44
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法34-35
• 4.1.1 電池的制備34
• 4.1.2 測(cè)試與表征34-35
• 4.2 結(jié)果與討論35-43
• 4.2.1 對(duì)電極微觀形貌分析35-37
• 4.2.2 電池的初始光電性能37-38
• 4.2.3 電池的穩(wěn)定性測(cè)試38-40
• 4.2.4 基底在含碘電解液中的腐蝕性能測(cè)試40-41
• 4.2.5 電池的電化學(xué)阻抗測(cè)試41-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 5 鈍化對(duì)不銹鋼基底染料敏化太陽(yáng)能電池性能的影響44-52
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 5.1.1 電池的制備44-45
• 5.1.2 測(cè)試與表征45
• 5.2 結(jié)果與討論45-51
• 5.2.1 電池初始性能45-49
• 5.2.2 穩(wěn)定性49-51
• 5.2.3 基板在含碘電解液中的腐蝕性能測(cè)試51
• 5.3 本章小結(jié)51-52
• 6 結(jié)論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-62
• 附錄62
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄62
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的專利成果目錄62

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