染料敏化太阳能电池中薄膜电极的研究

【摘要】：本文以聚（3，4-乙烯二氧噻吩）/聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）溶液为原料，通过加入有机溶剂二甲基亚砜（DMSO）和炭黑来提高其电导率及催化活性，采用滚涂法制备PEDOT/PSS薄膜对电极，分别讨论了DMSO和炭黑的加入量对制备的对电极性能的影响。然后采用液相沉淀法，以NaSCN和CuSO4为原料，制备β-CuSCN纳米粉体，加入表面活性剂聚乙二醇40（0PEG400）进行分散，讨论了反应温度、反应物浓度及PEG400的添加量对CuSCN纳米粉体的影响。将制备的CuSCN纳米粉体加入到PEDOT/PSS和DMSO的混合液中，添加离子液体，制备PEDOT/PSS-CuSCN固态电解质，通过分析CuSCN的添加量对固态电解质性能的影响，确定了CuSCN的最佳添加量。将制备的PEDOT/PSS对电极、PEDOT/PSS-CuSCN电解质与TiO2光阳极，组装成固态染料敏化太阳能电池。通过测试组装电池的伏安特性，对固态染料敏化太阳能电池与液态染料敏化太阳能电池的稳定性进行了比较。 通过四探针测试仪、扫描电镜、太阳能电池测试仪，分别测试了PEDOT/PSS薄膜对电极的方块电阻、表面形貌及其伏安特性；通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和激光粒度分析仪分别对粉体的晶型和粒度进行了分析；采用直流低电阻测试仪、电化学分析系统工作站、太阳能电池测试仪分别对PEDOT/PSS-CuSCN固态电解质的电导率、电化学稳定性及伏安特性进行了分析。 结果表明：添加炭黑和有机溶剂二甲基亚砜后，能显著提高PEDOT/PSS薄膜对电极的电导率及伏安性能，当PEDOT/PSS溶液与二甲基亚砜的质量比为4.5:1，炭黑的加入量为0.5%时，制备的PEDOT/PSS薄膜对电极性能最好。在80℃下能够合成β-CuSCN粉体。当反应物的浓度均为0.2mol/L，聚乙二醇400的添加量为1.5%时，得到的β-CuSCN粉体粒径最小，平均粒径为40nm左右。当CuSCN粉体的添加量为8%时，制备的PEDOT/PSS-CuSCN固态电解质性能最好，与PEDOT/PSS对电极组装的固态染料敏化太阳能电池，在100mW/cm2的光照下，得到短路电流密度为1.98mA/cm2，开路电压为0.55V，填充因子为0.51，光电转化效率为1.03%；而且其稳定性相比液态电池大幅提升。 【关键词】：PEDOT/PSS CuSCN 对电极 固态电解质 染料敏化 薄膜
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 前言10-12
• 第一章 文献综述12-26
• 1.1 DSSC 的基本结构及工作原理12-14
• 1.1.1 DSSC 的基本结构12
• 1.1.2 DSSC 的工作原理12-14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的评价参数14-16
• 1.3 电解质的研究进展16-21
• 1.3.1 液态电解质17-18
• 1.3.2 准固态电解质18-19
• 1.3.3 固态电解质19-21
• 1.3.3.1 无机 P-型半导体材料19-20
• 1.3.3.2 导电聚合物20
• 1.3.3.3 固态聚合物电解质20-21
• 1.4 对电极的研究进展21-22
• 1.5 PEDOT/PSS 在 DSSC 中的应用研究22-24
• 1.5.1 PEDOT/PSS 作为对电极的研究23-24
• 1.5.2 PEDOT/PSS 作为电解质的研究24
• 1.6 本文的研究目的和研究内容24-26
• 第二章 实验部分26-35
• 2.1 实验药品及设备26-27
• 2.1.1 实验药品26-27
• 2.1.2 实验设备27
• 2.2 样品的制备27-32
• 2.2.1 工作电极的制备27-29
• 2.2.1.1 玻璃基底的预处理27-28
• 2.2.1.2 致密 TiO2薄膜的制备28-29
• 2.2.1.3 多孔 TiO2薄膜的制备29
• 2.2.1.4 TiO2工作电极的制备29
• 2.2.2 PEDOT/PSS-CuSCN 固态电解质的制备29-30
• 2.2.2.1 β-CuSCN 粉体的制备29-30
• 2.2.2.2 PEDOT/PSS-CuSCN 固态电解质的制备30
• 2.2.3 LiI/I2液体电解质的制备30-32
• 2.2.4 PEDOT/PSS 薄膜对电极的制备32
• 2.2.5 染料敏化太阳能电池的组装32
• 2.3 分析测试方法32-35
• 2.3.1 X 射线衍射分析32-33
• 2.3.2 扫描电镜分析33
• 2.3.3 透射电镜分析33
• 2.3.4 粒度测试33
• 2.3.5 方块电阻测试33
• 2.3.6 电导率测试33
• 2.3.7 循环伏安测试33-34
• 2.3.8 光电性能测试34-35
• 第三章 结果与讨论35-52
• 3.1 CuSCN 纳米粉体分析35-40
• 3.1.1 X 射线衍射分析35-36
• 3.1.2 粒径分析36-39
• 3.1.2.1 反应物浓度对粉体粒径的影响36-38
• 3.1.2.2 表面活性剂对粉体粒径的影响38-39
• 3.1.3 透射电镜分析39-40
• 3.2 PEDOT/PSS 薄膜对电极分析40-46
• 3.2.1 表面形貌分析40-41
• 3.2.2 表面电阻分析41-43
• 3.2.2.1 二甲基亚砜对表面电阻的影响41-42
• 3.2.2.2 炭黑对表面电阻的影响42-43
• 3.2.3 伏-安特性曲线分析43-46
• 3.2.3.1 二甲基亚砜的量对 PEDOT/PSS 对电极伏-安性能的影响43-44
• 3.2.3.2 炭黑对 PEDOT/PSS 对电极伏-安性能的影响44-46
• 3.3 PEDOT/PSS-CuSCN 固态电解质分析46-52
• 3.3.1 电导率分析46-47
• 3.3.2 伏-安特性曲线分析47-51
• 3.3.2.1 CuSCN 对固态电解质伏安性能的影响47-48
• 3.3.2.2 固态电解质伏安性能随时间的变化48-51
• 3.3.3 循环伏安分析51-52
• 第四章 结论52-53
• 参考文献53-59
• 致谢59-60
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果60

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