基于导电聚合物对电极的双面染料敏化太阳能电池研究

【摘要】：能源问题是本世纪亟待解决的问题之一。随着煤、石油和天然气的日益消耗，新能源如太阳能、风能、核能、氢能、潮汐能、生物能等得到了人类的广泛关注。太阳能因其具有清洁、可循环利用、取之不尽用之不竭的特点备受关注，因此开发和利用太阳能是解决全球能源危机的重要途径。鉴于硅太阳能电池的高制备成本阻碍了商业发展，染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)其因清洁、低成本、高光电转换效率、简单的制造工艺、高稳定性等优点广泛吸引了全球科学家的研究兴趣。然而提高DSSC的光电转换效率一直存在瓶颈，由透明对电极组成的双面辐照染料敏化太阳能电池(Bifacial dye-sensitizedsolar cell，BDSSC)能很好的解决这一难题。太阳光可以同时从BDSSC的阳极和对电极入射，更多的染料分子被激发，更多的光致电子载体产生，BDSSC的光电转换效率进一步提高。BDSSC的双面同时辐照理念为提高DSSC的光伏性能提供了一种新的方法，同时也适用于其他透明电极组成的光伏系统。本文阐述了以下三个方面的研究工作，第三章电化学沉积法制备PANI对电极及其在BDSSC中的应用，第四章化学沉积法制备PANI对电极及其在BDSSC中的应用，第五章附着性能优异且透明的PANI对电极的制备及其在BDSSC中的应用。 本文的研究工作具体如下： 1)通过电化学沉积法，直接在导电玻璃FTO基体上制备聚苯胺膜（PANI(ECD)）。通过UV-vis透射光谱分析，分析得PANI(ECD)对电极的透光率只有3%，同时辐照基于PANI(ECD)对电极的BDSSC的光电转换效率(5.78%)和单独正面辐照BDSSC的光电转换效率(5.51%)差不多，实验结果表明非透明对电极不适用于BDSSC。 2)为提高对电极的透光率，采用制备方法简单的化学沉积法制备透明PANI(CD)对电极。该方法制备的PANI(CD)对电极在350-800nm的透光率较PANI(ECD)对电极有很大提高，在510nm处，其最高透光率达56.05%。基于PANI(CD)对电极的BDSSC，背面辐照时的光电效率较PANI(ECD)对电极提高了713.5%。同时此方法制备的PANI(CD)对电极与基体结合性有所改善。 3)为进一步降低聚苯胺对电极的阻抗、加速PANI膜与基体FTO间的电荷传输，采用自组装多层膜技术先对导电玻璃FTO基体进行预处理，并采用化学沉积法制备聚苯胺对电极（4-ATP/PANI(CD)）。此方法制备的4-ATP/PANI(CD)对电极的欧姆串联阻抗、电荷转移阻抗和透光率均得到进一步改善，基于4-ATP/PANI(CD)对电极的BDSSC双面同时辐照的光电转换效率(7.78%)较Pt对电极提高了5.0%，较PANI(CD)对电极提高了10.7%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 双面辐照 透明对电极 导电聚合物 聚苯胺
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 BDSSC 的结构及工作原理11-12
• 1.2.1 BDSSC 的结构11
• 1.2.2 BDSSC 的工作原理11-12
• 1.3 BDSSC 的研究进展12-18
• 1.3.1 BDSSC 光阳极的研究进展12-13
• 1.3.2 BDSSC 染料的研究进展13-14
• 1.3.3 BDSSC 电解质的研究进展14-15
• 1.3.4 BDSSC 对电极的研究进展15-18
• 1.4 BDSSC 的优势及所面临的问题和挑战18-19
• 1.5 本课题内容及创新19-22
• 1.5.1 研究内容19-20
• 1.5.2 创新性20-22
• 第2章 BDSSC 的制备及性能表征22-26
• 2.1 BDSSC 的制备22-24
• 2.1.1 阳极膜的制备22-23
• 2.1.2 染料的配置及阳极膜的敏化23
• 2.1.3 液态电解质的配置23
• 2.1.4 传统 Pt 电极的制备23-24
• 2.2 BDSSC 的组装和测试24-25
• 2.2.1 BDSSC 的组装24
• 2.2.2 BDSSC 光电转换性能测试24
• 2.2.3 电极电化学性能测试24-25
• 2.3 材料的测试和表征方法25-26
• 2.3.1 扫描电镜 (SEM)25
• 2.3.2 原子力显微镜(AFM) 测试25
• 2.3.3 UV-vis 光谱分析25-26
• 第3章 电化学沉积法制备 PANI 对电极及在 BDSSC 中的应用26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-28
• 3.2.1 药品部分26-27
• 3.2.2 PANI 对电极的电化学沉积法制备27
• 3.2.3 BDSSC 的组装及测试表征27-28
• 3.3 结果与讨论28-32
• 3.3.1 SEM 的表面形貌表征28
• 3.3.2 UV-vis 透射光谱分析28-29
• 3.3.3 电化学活性表征29-30
• 3.3.4 I-V 测试30-32
• 3.4 结论32-34
• 第4章 化学沉积法制备 PANI 对电极及在 BDSSC 中的应用34-42
• 4.1 引言34-35
• 4.2 实验部分35-36
• 4.2.1 实验药品35
• 4.2.2 PANI 对电极的化学沉积法制备35
• 4.2.3 BDSSC 的组装及测试表征35-36
• 4.3 结果与讨论36-41
• 4.3.1 SEM 的表面形貌表征36-37
• 4.3.2 UV-vis 光谱分析37
• 4.3.3 电化学活性表征37-38
• 4.3.4 I-V 测试38-41
• 4.4 结论41-42
• 第5章 4-ATP/PANI 对电极的制备及在 BDSSC 中的应用42-54
• 5.1 引言42-43
• 5.2 实验部分43-44
• 5.2.1 实验药品43
• 5.2.2 PANI 对电极的制备43-44
• 5.2.3 BDSSC 的组装及测试表征44
• 5.3 结果与讨论44-51
• 5.3.1 SEM 的表面形貌表征44-45
• 5.3.2 AFM 的表面形貌表征45-46
• 5.3.3 光学性能分析46-47
• 5.3.4 电化学活性表征47-49
• 5.3.5 I-V 测试49-51
• 5.5 结论51-54
• 参考文献54-68
• 致谢68-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果70-71

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