多金属氧酸盐在染料敏化太阳能电池对电极和电解质中的应用

【摘要】：当今时代,大量的太阳能电池被研发出来。染料敏化太阳能电池主要由三部分组成:吸收可见光并将电子传入外电路的敏化光阳极、传输离子并完成染料再生以及电对再生的电解质溶液、催化电对再生并接受外电路传入电子的对电极。世界各国研究者致力于寻找新型染料取代成本较高的吡啶钌染料,寻找稳定、高效、无腐蚀性、电位匹配的电对,以及寻找廉价、稳定性良好、催化活性性高的对电极材料。1.我们尝试将两种Anderson型多酸支撑的铜邻菲罗啉[Cu(phen)2]2+/+复合物作为染料敏化太阳能电池的电对。并且采用开路电压衰减法、循环伏安法比较了多酸支撑的[Cu(phen)2]2+/+和单纯[Cu(phen)2]2+/+作为电对的性能,发现多酸引入Cu-phen之后,提高Cu(I/II)的氧化还原电位,抑制了阳极上电子-空穴的复合,进而提高电池性能。2.碘电对是使用最广泛电子传输媒介,但是碘电对存在很多缺点,例如,碘离子对Pt阴极和封装材料的腐蚀,高浓度碘电对可见光的吸收,碘单质的强挥发性,相对染料再生较高的过电位。我们尝试将Keggin型多酸K6CoIIW12O40和K5CoIIIW12O40作为染料敏化太阳能电池的氧化还原电对,并且得到相对较高的开路电压(Voc)和填充因子(FF)。3.铂对电极具有良好的导电性,同时对I3-还原到I-的过程具有催化作用,是一种应用最广泛的对电极。但是铂对电极也存在缺点,一方面成本较高在一定程度上制约电池的工业化进程,另一方面铂电极制备过程中的热处理制约了塑料基底的使用。我们采用电聚合技术,制备了一种多酸(K8[Si W11O39]·13H2O)掺杂PEDOT的薄膜电极,并将该电极作为染料敏化太阳能电池对电极。通过循环伏安测试,电化学阻抗测试,塔菲尔测试证实该电极对I3-的还原反应的催化性能与Pt对电极相当。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 多金属氧酸盐 电解质 对电极 聚乙烯二氧噻吩
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 染料敏化太阳能电池简介9-15
• 1.1.1 染料敏化太阳能工作原理9-10
• 1.1.2 DSSC的性能参数10-11
• 1.1.3 DSSC研究进展11-15
• 第二章 多酸基复合物作为染料敏化太阳能电池电对15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 实验部分15-17
• 2.2.1 实验药品和仪器15
• 2.2.2 多酸基复合物的合成及表征15-16
• 2.2.3 电解质的配制16
• 2.2.4 DSSC组装16-17
• 2.3 结果与讨论17-21
• 2.3.1 使用POM1/POM2-Cu-phen和单纯Cu-phen氧化还原电对的电池性能17-18
• 2.3.2 Cu (I/II)电位的改变对电池开路电压的影响18-19
• 2.3.3 通过暗电流测试研究电子－空穴复合过程19
• 2.3.4 通过开路电压衰减测试研究电子－空穴复合过程19-20
• 2.3.5 通过电流密度和入射光强度关系测试研究电子传输速度20-21
• 2.3.6 电池单色光转换效率测试21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 多酸作为染料敏化太阳能电池的纯无机钴电对22-29
• 3.1 引言22
• 3.2 实验部分22-23
• 3.2.1 实验药品和仪器22
• 3.2.2 多酸的合成22
• 3.2.3 电解质的配制22-23
• 3.2.4 电池的组装23
• 3.2.5 K6Co IIW12O40的循环伏安测试23
• 3.3 结果与讨论23-28
• 3.3.1 多酸的紫外-可见光谱测试23
• 3.3.2 {CoIIIW12}与{CoIIW12}浓度和比例的优化23-25
• 3.3.3 添加剂浓度的优化25-26
• 3.3.4 采用钴电对最佳电解质配方的电池的性能26-28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 多酸掺杂聚乙烯二氧噻吩薄膜电极作为染料敏化太阳能电池对电极29-37
• 4.1 引言29
• 4.2 实验部分29-30
• 4.2.1 实验药品和仪器29
• 4.2.2 多酸的合成29-30
• 4.2.3 电聚合制备多酸掺杂PEDOT对电极30
• 4.2.4 组装DSSC30
• 4.3 结果与讨论30-36
• 4.3.1 采用不同对电极电池性能30-32
• 4.3.2 多酸掺杂PEDOT对电极表面形貌32-33
• 4.3.3 循环伏安法比较不同对电极的催化性能33-34
• 4.3.4 交流阻抗法比较不同对电极的催化性能34
• 4.3.5 塔菲尔极化测试比较不同对电极的催化性能34-35
• 4.3.6 电池稳定性测试35-36
• 4.4 本章小结36-37
• 参考文献37-45
• 结论45-46
• 致谢46-47
• 硕士期间公开发表论文及著作情况47

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