【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)自1991年首次由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的Michael Gratzel教授提出以來,相關(guān)研究一直受到世界各國研究人員的廣泛關(guān)注,其研究領(lǐng)域涉及電化學(xué)、有機化學(xué)、無機半導(dǎo)體、納米材料等。目前實驗室測試器件的最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過12%,由于其制備工藝簡單、原材料價格低廉,并能制備成柔性器件和彩色透明器件等特點,一直被視為第三代太陽能電池中最具應(yīng)用前景的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)。自2000年以來,DSSCs的商業(yè)化進程也發(fā)展迅速,世界各國許多科研機構(gòu)和公司都致力于開發(fā)大尺寸應(yīng)用型DSSCs器件,積極推動其商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進程,但是對于傳統(tǒng)DSSCs,器件的穩(wěn)定性和生產(chǎn)成品率仍然不高,致使其成本優(yōu)勢一直未能顯現(xiàn),再者,近年來硅基太陽能電池的成本持續(xù)下降,也給DSSCs的發(fā)展帶了極大的沖擊。為了保持市場競爭力,DSSCs在所用材料和結(jié)構(gòu)上都需要進行重大改進,以期解決長期阻礙其發(fā)展的諸如敏化劑脫吸附、電極腐蝕、電解液泄漏等問題,并進一步降低其材料成本和生產(chǎn)成本。 本論文討論了一種具有單基板結(jié)構(gòu)的DSSC器件——基于全印刷技術(shù)及介孔碳對電極的單基板DSSCs,使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在一塊導(dǎo)電玻璃基板上制備多層材料,以多孔碳對電極替代傳統(tǒng)的貴金屬鉑、金對電極,有效降低了器件的材料成本,并采用準固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì),避免了電解質(zhì)的泄露等問題。 具體研究內(nèi)容包括： 對單基板DSSCs的結(jié)構(gòu)及制備工藝進行優(yōu)化,使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在一塊導(dǎo)電玻璃基板上一次性制備4×5片小尺寸測試電池,通過控制印刷參數(shù)及次數(shù)來控制二氧化鈦工作電極、二氧化鋯間隔層及碳對電極的厚度,分析討論了單基板DSSCs對間隔層和對電極材料的性能要求,如孔隙率、反射率、導(dǎo)電性和催化活性等,并研究了不同厚度工作電極、間隔層和對電極對器件性能的影響； 在傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)中加入聚合物(聚環(huán)氧乙烷和(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物)作為凝膠劑,并優(yōu)化了氧化還原電對(1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘和碘)的配比,開發(fā)出一種不含碘(Iodine-free)的凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì),該凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)在可見光區(qū)域(400～800nm)幾乎無吸收,相較于傳統(tǒng)含有碘的電解質(zhì),所組裝的器件在400～500nm區(qū)域?qū)θ肷涔獾睦寐矢?標準太陽光照射下可獲得6.97%的光電轉(zhuǎn)換效率。通過電化學(xué)分析測試,詳細分析討論了該電解質(zhì)中各組分對器件性能的影響； 合成了一種咪唑型聚離子液體,聚(1-丙基-3-乙烯咪唑碘),將其以1：1的比例溶解在乙腈中,制備出一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)并組裝電池,該聚離子液體作為電解質(zhì)體系中唯一的電荷載體,不僅能維持器件高效地工作,還能起到凝膠劑的作用。通過紅外光譜、核磁共振等測試分析了該離子液體的結(jié)構(gòu),并研究了含有不同烷基鏈的聚離子液體對所制備器件性能的影響； 使用石墨烯納米片對普通石墨/碳黑復(fù)合碳對電極進行表面修飾,在厚度約20μm的條件下,石墨烯修飾碳對電極可以獲得與導(dǎo)電玻璃基板相當?shù)膶?dǎo)電率,約15Ω/□。使用X射線衍射圖譜、拉曼光譜及傅立葉紅外光譜等測試方法分析了石墨烯納米片的還原情況；使用循環(huán)伏安測試分析了石墨烯納米片對碳對電極催化活性的影響,研究結(jié)果表明,石墨烯納米片的加入能有效提高碳對電極的催化活性,從而提升所組裝DSSCs器件的填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率；
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Recent progresses in application of functionalized graphene sheets[J];Science China(Technological Sciences);2010年09期

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本文編號：2426636