聚合物染料敏化剂及光阳极改性对染料敏化太阳能电池性能影响研究

【摘要】：染料敏化太阳能电Sensitized Solar Cell,DSSC)以其低成本的原料、光电转化率不受温度影响和制作工艺简单引起了人们广泛关注,目前所报道的光电转化效率已达12.3%,有希望代替硅系太阳能电池成为新一代实用型高性能太阳能电池。染料敏化剂和纳米多孔半导体薄膜是DSSC的重要组成部分,论文分别对它们进行了详细研究。 选择5,8-二噻吩喹喔啉(A1Q1A1)、5,7-二噻吩噻吩并吡嗪(A1Q2A1)及4,7-二噻吩苯并噻唑(DTBT)为电化学聚合单体,以四丁基六氟磷酸铵为电解质,采用三电极法对聚合单体分别进行均聚、无规共聚和嵌段共聚制得聚合物染料敏化剂。对于聚合物染料敏化剂,通过IR、UV-Vis及DSC等进行了表征,探讨了聚合方式、聚合方法、聚合时间及掺杂/脱掺杂电解质等因素对器件光伏性能的影响；结果表明器件性能最好的是A1Q1A1与A1Q2A1嵌段聚合的敏化剂,η=0.066%。在电化学聚合反应中掺杂/脱掺杂TBAPF6电解质对器件性能也有一定影响,脱掺杂电解质后器件性能提高2-3倍。 分别采用水热法、浆料法及浸涂法合成ZnO层,制备了TiO2/ZnO复合光阳极,采用化学浴沉积法(CBD)制备了CdS量子点,探讨了CdS量子点与N719染料对复合光阳极的共敏化作用。通过紫外光谱发现共敏化后光阳极的光吸收范围变宽,通过共敏化光阳极器件的电化学阻抗谱分析发现共敏化后器件内部电子寿命延长。将复合光阳极及共敏化光阳极应用于DSSC,发现采用浸涂法制备的复合光阳极器件性能最好,光电转化效率达3.14%；不同Ti02层数及CdS吸附量对器件性能也有一定影响,最优的CdS/N719共敏化后器件的光电转化效率提高到3.36%。 采用浸涂醋酸盐及氯化物溶液的浸涂法对光阳极进行改性。通过X射线光电子能谱及X射线衍射分析确定了通过浸涂醋酸盐及氯化物在光阳极表面形成了新的氧化物层。通过紫外光谱、电化学阻抗谱及器件暗电流测试表明改性后光阳极光吸收范围变宽,器件内部电子寿命因为新的氧化物层形成而增加,器件内部的暗反应得到一定的抑制。将改性的光阳极应用到DSSC中,分析了器件的光伏性能。在浸涂醋酸盐时,溶液浓度为0.005mol/L相比于0.05mol/L器件性能更好；讨论了不同浸涂时间和各个浸涂物对器件性能的影响,发现浸涂醋酸镁及氯化锌器件光伏性能较好,光伏性能分别为η=5.38%和η=5.41%。 【关键词】：聚合物染料敏化剂 原位电化学聚合 复合光阳极 共敏化 改性 光伏性能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;TQ317
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 文献综述10-29
• 1.1 DSSC的研究背景11
• 1.2 DSSC基本结构及工作原理11-12
• 1.3 DSSC性能及测试标准12-14
• 1.4 染料敏化剂的研究进展14-19
• 1.4.1 金属无机染料敏化剂14-15
• 1.4.2 非金属有机染料敏化剂15-17
• 1.4.3 聚合物染料敏化剂及合成方法17-19
• 1.5 光阳极的研究进展19-24
• 1.5.1 TiO_2光阳极的研究进展19-21
• 1.5.2 ZnO光阳极的研究进展21-24
• 1.6 光阳极上半导体薄膜的改性方法24-26
• 1.7 论文选题及研究成果26-29
• 第二章 器件制备及性能测试29-35
• 2.1 原料与试剂29-31
• 2.2 原料与试剂的纯化31-32
• 2.3 实验仪器与分析测试32
• 2.4 光伏器件的制备与性能测试32-35
• 2.4.1 光伏器件的制备流程32-34
• 2.4.2 光伏器件的性能测试34-35
• 第三章 聚合物染料敏化剂的合成、表征及光伏性能研究35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-43
• 3.2.1 聚合物单体的合成36-39
• 3.2.2 原位电化学合成聚合物染料敏化剂39-43
• 3.3 聚合物染料敏化剂结构分析43-48
• 3.3.1 聚合物单体及聚合物染料敏化剂的红外(IR)表征43-45
• 3.3.2 聚合物染料敏化剂的紫外光谱(UV)分析45-46
• 3.3.3 聚合物染料敏化剂的差热扫描量热(DSC)分析46-48
• 3.4 光伏性能分析48-52
• 3.4.1 聚合时间的影响48-49
• 3.4.2 聚合方法的影响49-50
• 3.4.3 聚合方式的影响50-51
• 3.4.4 掺杂/脱掺杂电解质的影响51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 TiO_2/ZnO复合光阳极CdS/N719共敏化光伏性能研究54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 实验部分55-56
• 4.2.1 TiO_2/ZnO复合光阳极的制作55-56
• 4.2.2 CdS/N719共敏化光阳极的制作56
• 4.3 复合光阳极结构分析56-59
• 4.3.1 不同方法合成的复合光阳极扫描电镜(SEM)分析56-58
• 4.3.2 复合光阳极X射线衍射(XRD)分析58-59
• 4.4 CdS/N719共敏化光阳的紫外光谱(UV)分析59-60
• 4.5 CdS/N719共敏化复合光阳极器件的电化学阻抗谱(EIS)分析60-61
• 4.6 光伏性能分析61-65
• 4.6.1 复合光阳极不同制备方法的影响61-62
• 4.6.2 浸涂法中TiO_2层数的影响62-64
• 4.6.3 CdS吸附量的影响64
• 4.6.4 复合光阳极CdS/N719共敏化后的影响64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第五章 光阳极表面改性光伏性能研究66-85
• 5.1 引言66-67
• 5.2 实验部分67-68
• 5.2.1 醋酸盐对光阳极进行表面改性67
• 5.2.2 氯化物对光阳极进行表面改性67-68
• 5.3 结果与讨论68-84
• 5.3.1 改性光阳极的X射线电子能谱(XPS)分析68-70
• 5.3.2 改性光阳极的X射线衍射(XRD)分析70-71
• 5.3.3 改性光阳极的紫外光谱(UV)分析71-72
• 5.3.4 器件的电化学阻抗谱(EIS)分析72-75
• 5.3.5 器件的暗电流分析75-76
• 5.3.6 光伏性能分析76-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第六章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-95
• 致谢95-96
• 攻读学位期间发表的学术论文96

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