染料敏化太阳能电池对电极及电解质的研究

【摘要】：本文以导电聚合物（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）分别与无机导电粉体炭黑、石墨、活性炭及导电炭浆混合为原料加入适量的有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)，用滚涂法在柔性ITO/PET基底上制备了新型的对电极，用它代替昂贵的Pt电极作为染料敏化太阳能电池的对电极。采用微乳液法，以CuSO4·5H2O和KI为原料制备了CuI粉体，以实验室自制的无机P型半导体CuI粉体、导电聚合物PEDOT:PSS及乙腈为原料，制备了PEDOT:PSS-CuI复合电解质及纯CuI固态电解质进行了对比。将制备的PEDOT:PSS-C新型对电极、PEDOT:PSS-CuI复合电解质和纯CuI固态电解质与TiO2光阳极，组装成染料敏化太阳能电池进行电池性能测试。 通过四探针测试仪、扫描电镜、太阳能电池测试仪，分别测试了柔性PEDOT:PSS-C对电极薄膜的方块电阻、表面形貌及其伏安特性；通过X射线衍射（XRD）和激光粒度分析仪对CuI粉体的晶型和粒度进行了分析，用四探针电阻仪测定了电解质薄膜的电阻率，测试了染料敏化太阳能电池的性能。并比较了纯CuI固态电解质与PEDOT:PSS-CuI复合电解质的电池性能及稳定性。 结果表明：PEDOT:PSS与活性炭复合的对电极性能较优，且最佳掺杂量为5％,实现了柔性化的PEDOT:PSS-C复合对电极。当CuI在PEDOT:PSS中添加量为20%时，PEDOT:PSS-CuI复合电解质组装电池的性能较好，与PEDOT:PSS-活性炭对电极组装的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1.72mA/cm2，开路电压为0.77V，填充因子为0.50，光电转化效率为1.41%，且PEDOT:PSS-CuI复合电解质的性能稳定性要优于纯CuI固态电解质。 【关键词】：PEDOT:PSS-C PEDOT:PSS-CuI 对电极 电解质 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-11
• 第二章 文献综述11-29
• 2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构11-12
• 2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理12-13
• 2.3 染料敏化太阳能电池的动力学过程13-14
• 2.4 染料敏化太阳能电池的性能参数14-16
• 2.5 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展16-19
• 2.5.1 液态电解质16-17
• 2.5.2 准固态电解质17
• 2.5.3 固态电解质17-19
• 2.5.3.1 无机 p 型半导体材料17-18
• 2.5.3.2 导电聚合物18-19
• 2.6 染料敏化太阳能电池对电极的研究进展19-22
• 2.6.1 铂对电极19-21
• 2.6.2 碳对电极21-22
• 2.6.3 氧化铜对电极22
• 2.7 PEDOT:PSS 在染料敏化太阳能电池中的应用22-24
• 2.8 碳材料在染料敏化太阳能电池中的应用24-25
• 2.9 柔性染料敏化太阳能电池的研究进展25-26
• 2.10 染料敏化太阳能电池存在问题及展望26-27
• 2.11 选题的目的和意义27-29
• 第三章 实验部分29-38
• 3.1 实验药品及设备29-30
• 3.1.1 实验药品29-30
• 3.1.2 实验设备30
• 3.2 基底的预处理30-31
• 3.3 TiO_2光阳极的制备31-33
• 3.3.1 致密 TiO_2薄膜的制备31-32
• 3.3.2 多孔 TiO_2薄膜的制备32-33
• 3.4 染料的配制与吸附33-34
• 3.5 PEDOT:PSS-C 对电极的制备34
• 3.6 电解质的制备34-36
• 3.6.1 LiI/I_2液体电解质的制备34-35
• 3.6.2 PEDOT:PSS-CuI 复合电解质的制备35-36
• 3.6.2.1 CuI 纳米粉体的制备35-36
• 3.6.2.2 PEDOT:PSS-CuI 电解质的制备36
• 3.6.3 纯 CuI 固态电解质的制备36
• 3.7 染料敏化太阳能电池的组装36-37
• 3.8 分析测试方法37-38
• 3.8.1 X 射线衍射分析37
• 3.8.2 扫描电镜分析37
• 3.8.3 粒度测试37
• 3.8.4 方块电阻及电阻率测试37
• 3.8.5 薄膜厚度测试37
• 3.8.6 光电性能测试37-38
• 第四章 结果与讨论38-54
• 4.1 PEDOT:PSS-C 对电极薄膜的分析38-47
• 4.1.1 表面形貌的分析38-41
• 4.1.2 表面电阻分析41-42
• 4.1.3 DSSC 电池光电性能测试42-47
• 4.1.3.1 不同炭材料对 DSSC 电池光电性能的影响42-44
• 4.1.3.2 不同厚度的对电极薄膜对 DSSC 电池光电性能的影响44-46
• 4.1.3.3 不同基底上 PEDOT:PSS-活性炭对电极的伏-安性能46-47
• 4.2 CuI 粉体的分析47-50
• 4.2.1 CuI 粉体的 X 射线衍射分析47-49
• 4.2.2 粒径分析49-50
• 4.3 PEDOT:PSS-CuI 复合电解质的分析50-54
• 4.3.1 不同电解质薄膜的电阻率分析50
• 4.3.2 电池性能测试50-54
• 4.3.2.1 不同电解质组装 DSSC 电池的电池性能50-52
• 4.3.2.2 电池性能稳定性的影响52-54
• 第五章 结论54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果61

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