高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池自问世之始就开始受到国内外科研人士的广泛关注,经过二十年的发展,目前对其实用化的需求已经越来越迫切。本论文瞄准这一课题,对高效、稳定、低成本、实用化染料敏化太阳能电池进行了系统的研究。研究内容包括：对染料敏化太阳能电池的二氧化钛纳米多孔薄膜进行优化改性；对电池的封装工艺进行改进并使用准固态电解质对传统的液态电解质进行替换；对大面积染料敏化太阳能电池组件及其制备工艺进行了研究和开发；在染料敏化太阳能电池中引进了一种新型的薄膜对电极。 本论文通过对商业化的P25二氧化钛纳米颗粒热碱处理制备得到二氧化钛纳米管,并使其作为光阳极材料应用到染料敏化太阳能电池中,对制备的电池的电化学特性及其机理进行了研究和分析。以一种无金属的有机染料D102作为染料敏化剂,用纯纳米管和P25制备的电池分别得到7.6%和9.8%的光电转化效率(AM1.5,100mW/cm2)。并以钌的配合物染料N719作为染料敏化剂,将不同比例的TiO2纳米管掺入纳米颗粒中制备光阳极,获得了更高的填充因子,开路电压,短路电流和更高的光电转换效率。通过电化学阻抗谱分析了不同比例杂化膜中电子传输电阻,电子寿命的变化趋势。 针对电池的封装,本论文提出了一种双层封装工艺。通过比较环氧树脂单层封装,沙林树脂单层封装和沙林树脂、环氧树脂双层封装的电池在80℃加热老化和30℃老化后电池性能的变化趋势,验证了双层封装工艺的优势,并通过电化学阻抗谱分析了其衰减机理。经过1000小时30℃的老化试验,沙林树脂、环氧树脂的双层封装的电池保持较好的稳定性,电池性能经过稳定后甚至略高于起始性 另外,为改善电池稳定性,本论文还研究了一种聚合物凝胶电解质的准固态染料敏化太阳能电池。通过对聚合物凝胶电解质中液态电解质的吸收率和离子电导率的测试,以及对制备的准固态太阳能电池性能和电化学阻抗谱的测试比较,优化了聚合物凝胶电解质的成分。制备的准固态染料敏化太阳能电池得到5.13%的高光电转换效率(AM1.5,100mW/cm2)。 针对染料敏化太阳能电池的产业化进行了研究,包括如何放大染料敏化太阳能电池的面积,制备真正能用于实用化的大面积染料敏化太阳能电池组件,与电池的产业化相接轨。研究和开发了制备内部串联的染料敏化太阳能电池组件的制备工艺和制备流程,成功制备了10cm×10cm的内部串联的染料敏化太阳能电池,光电转换效率(η)达到7.18%。 首次在染料敏化太阳能电池中引入一种新型的薄膜对电极结构,该电极以多孔膜为基底,Pt为催化材料,成功制备了应用新型薄膜对电极的染料敏化太阳能电池,得到比传统结构电池更高的光电流以及4.43%的光电转化效率。为制备低成本轻便高效稳定的柔性染料敏化太阳能电池提供了一种新思路。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 纳米管 准固态电解质 双层封装 大面积 薄膜对电极
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 附件5-8
• 论文摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 第1章 绪论13-43
• 1.1 新能源产业的挑战与机遇13-16
• 1.2 太阳能电池的发展16-24
• 1.3 染料敏化太阳能电池的介绍24-34
• 1.4 本论文的研究目的和内容34-36
• 参考文献36-43
• 第2章 染料敏化太阳能电池相关原理、参数及相关测试43-57
• 2.1 染料敏化太阳能电池的工作原理43-45
• 2.2 染料敏化太阳能电池的光电性能参数45-49
• 2.3 染料敏化太阳能电池的光电性能测试49-51
• 2.4 染料敏化太阳能电池的电化学阻抗谱测试51-56
• 参考文献56-57
• 第3章 二氧化钛纳米管电极材料的制备与电池性能研究57-89
• 3.1 二氧化钛纳米管的制备机理58-59
• 3.2 TiO_2纳米管制备过程59-60
• 3.3 TiO_2纳米管染料敏化太阳能电池的研究60-71
• 3.4 TiO_2纳米管/纳米颗粒染料敏化太阳能电池的研究71-81
• 3.5 本章小结81-83
• 参考文献83-89
• 第4章 染料敏化太阳能电池的封装与稳定性研究89-105
• 4.1 实验过程89-92
• 4.2 结果与讨论92-100
• 4.3 本章小结100-101
• 参考文献101-105
• 第5章 准固态染料敏化太阳能电池的研究105-129
• 5.1 PAA-PEG聚合物凝胶电解质(PGE)介绍105-107
• 5.2 实验过程107-110
• 5.3 结果与讨论110-124
• 5.4 本章小结124-125
• 参考文献125-129
• 第6章 大面积染料敏化太阳能电池产业化研究129-145
• 6.1 前言129-133
• 6.2 实验过程133-136
• 6.3 结果与讨论136-142
• 6.4 本章小结142-143
• 参考文献143-145
• 第7章 低成本轻便染料敏化太阳能电池结构设计145-157
• 7.1 前言145-146
• 7.2 实验过程146-148
• 7.3 结果与讨论148-152
• 7.4 本章小结152-153
• 参考文献153-157
• 第8章 全文总结157-163
• 8.1 研究成果与创新157-159
• 8.2 展望159-163
• 博士期间发表论文及专利163-167
• 致谢167

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