染料敏化纳米晶太阳能电池碳黑/聚合物复合材料对电极研究

【摘要】：染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSC)是根据光合作用原理制备出来的一种新型的P-N结型光伏电池。原材料丰富、成本低、工艺相对简单、没有毒性并且对环境无污染等特点使其在工业生产中具有较大的竞争力，因而受到广泛的关注。目前关于其研究的重点是获得更高的光电转换效率，提高电池的稳定性，以及延长电池的使用寿命。 对电极作为DSSC的重要组成部分，其性能好坏直接影响到电池的填充因子以及光电转换效率。目前性能较好的电池是以溅射有铂层的导电玻璃作为对电极（铂对电极），但铂对电极价格昂贵，并且长期浸泡在电解质中易被腐蚀，导致器件的稳定性下降，因此很难大规模应用。碳材料具有高的电导率、耐热性、耐腐蚀性和对于三碘化物的电催化活性，而且价格低廉，可以应用于制备对电极，本文主要开展碳黑/聚合物复合材料对电极的研究，主要内容如下： （1）以具有高催化活性，且价格低廉的碳材料取代铂，将碳黑与聚合物共混，配置的碳浆料用刮涂法制成对电极，用扫描电镜、四探针、电化学工作站分别测试了碳对电极的形貌、方块电阻、体电阻、催化活性，并用台阶仪测试了碳膜厚度，进一步得到碳对电极的体电导； （2）将对电极与光阳极组装成电池后，用电化学工作站、光伏测试仪测试电池的阻抗以及光电转换效率，并研究浆料中碳黑的浓度以及膜的厚度对电池光电转换效率的影响。实验表明，以质量比为1:1（碳的质量：聚合物的质量）的碳浆料制得的膜厚约为17微米的对电极，构成电池的光电转换效率最高。可使电池光电转换效率达到4.62%，其光电转化效率达到铂的86%（同一光阳极以铂作为对电极，光电转换效率为5.32%）。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 碳黑 聚合物 对电极
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 太阳能电池简介11-16
• 1.1 太阳能电池的发展11-12
• 1.2 太阳能电池的分类12-16
• 1.2.1 硅太阳电池14
• 1.2.2 多元的化合物型薄膜太阳能电池14
• 1.2.3 有机聚合物太阳能电池14-15
• 1.2.4 染料敏化纳米晶太阳能电池（DSSC）15-16
• 2 染料敏化纳米晶太阳能电池16-30
• 2.1 电池的结构16-17
• 2.2 电池的工作原理17-19
• 2.3 电池的相关基本概念19-22
• 2.4 电池各部分研究进展22-30
• 2.4.1 光阳极22-24
• 2.4.2 敏化剂24-25
• 2.4.3 电解质25
• 2.4.4 对电极25-29
• 2.4.5 论文的选题目的和依据29-30
• 3 碳黑/聚合物复合材料对电极的制备及研究30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 实验部分30-32
• 3.2.1 实验药品30
• 3.2.2 光阳极的制备30-31
• 3.2.3 碳黑/聚合物复合材料对电极的制备31
• 3.2.4 电池的组装31-32
• 3.3 不同浓度的碳黑/聚合物复合材料对电极的性能测试结果与讨论32-39
• 3.3.1 复合材料对电极表面形貌分析32-33
• 3.3.2 复合材料对电极的循环伏安曲线分析33-35
• 3.3.3 复合材料对电极的方块电阻以及体电导率分析35
• 3.3.4 电池的光电性能分析35-37
• 3.3.5 电池的阻抗图谱分析37-39
• 3.4 不同厚度的碳黑/聚合物复合材料对电极的性能测试结果与讨论39-44
• 3.4.1 复合材料对电极的 SEM 形貌分析39
• 3.4.2 复合材料对电极的 CV 曲线分析39-40
• 3.4.3 复合材料对电极的方块电阻以及体电导率分析40-42
• 3.4.4 电池的 J-V 曲线分析42-43
• 3.4.5 电池的 EIS 图谱分析43-44
• 3.5 小结44-45
• 4 前景与展望45-46
• 参考文献46-53
• 在学研究成果53-54
• 致谢54

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