染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备及性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC)的对电极主要用于收集电子，并起催化作用，加速I~-/I_3~-与对电极之间电子交换速度。传统的对电极多以镀有导电膜(如ITO、SnO_2)的玻璃为基底，在上面镀上一层铂(或碳，金，镍等)加以修饰。然而，玻璃质量大，易碎，限制了DSSC的商业化开发应用。本文围绕对电极的柔性化问题开展研究，以高聚物(PEN)和不锈钢为对电极基底替代材料。针对高聚物基板不耐高温的问题，采用多种低温镀覆工艺在高聚物基底上制作铂对极，研究不同低温镀铂工艺对导电高聚物基底DSSC光电性能的影响，以寻求最佳高聚物基底铂对极的低温制作工艺；针对金属基板在含碘电解液中耐蚀性差的问题，采用镀镍/钝化等金属表面处理工艺处理不锈钢，之后用作对电极基底，探索了不锈钢表面镀镍/钝化之后镀铂对DSSC对电极导电性、电子传输、耐蚀性以及镀覆层厚度、形貌等对DSSC光电性能及长期稳定性的影响。主要结论如下： ①高聚物基底对电极采用化学镀铂制备时，串联电阻和电荷转移电阻都是最低的，且相应电池的光电转换效率最高，其次为丝网印刷；采用电化学镀铂和旋转涂布制备时，效果都不及化学镀。 ②以表面镀镍304不锈钢为对电极基底相比未镀镍304不锈钢，电池的初始光电性能有所改善。且镀镍120分钟时，电池的填充因子及光电转换效率等最高。 ③以表面镀镍304不锈钢为对电极基底相比未镀镍304不锈钢，电池的长期稳定性有所改善，随着镀镍时间的增加，电池的稳定性先升后降，且在镀镍时间为120分钟时，效果最佳。 ④304不锈钢在经16.7%HNO_3+2%HF+H_2O溶液活化，而后以38%HNO_3+H_2O或7.5%HNO_3+4%K_2Cr_2O_7+H_2O溶液钝化后在含I~-/I_3~-电对电解液中的耐蚀性可显著提高；以之为DSSC的对电极基底，可使DSSC的光电转换效率较以未钝化不锈钢为对电极基底的DSSC提高约1.73%-2.43%，同时使得DSSC的短路电流，填充因子等都有一定程度的提高；稳定性测试证明，基板钝化后，DSSC的稳定性较钝化前有大幅度提高。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 柔性对电极 高聚物 不锈钢
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 引言8-10
• 1.2 染料敏化纳米晶太阳能电池10-16
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的发展历史10
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理10-15
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池柔性对电极的研究现状15-16
• 1.3 本课题的选题目的及研究内容16-18
• 2 染料敏化太阳能电池的制备及性能表征18-25
• 2.1 实验材料及测试仪器18-20
• 2.2 DSSC 制作方法20-21
• 2.3 DSSC 性能指标21-24
• 2.4 测试与表征方法24-25
• 3 染料敏化太阳能电池柔性高聚物对电极的低温制备及性能研究25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 实验方法25-27
• 3.2.1 电池的制备25-26
• 3.2.2 电池的测试26-27
• 3.3 分析与讨论27-33
• 3.3.1 初始光电性能27-29
• 3.3.2 单色光转换效率(IPCE)29-31
• 3.3.3 对电极/电解液界面电荷转移电阻31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 镀镍对不锈钢基底染料敏化太阳能电池性能的影响34-44
• 4.1 实验方法34-35
• 4.1.1 电池的制备34
• 4.1.2 测试与表征34-35
• 4.2 结果与讨论35-43
• 4.2.1 对电极微观形貌分析35-37
• 4.2.2 电池的初始光电性能37-38
• 4.2.3 电池的稳定性测试38-40
• 4.2.4 基底在含碘电解液中的腐蚀性能测试40-41
• 4.2.5 电池的电化学阻抗测试41-43
• 4.3 本章小结43-44
• 5 钝化对不锈钢基底染料敏化太阳能电池性能的影响44-52
• 5.1 实验方法44-45
• 5.1.1 电池的制备44-45
• 5.1.2 测试与表征45
• 5.2 结果与讨论45-51
• 5.2.1 电池初始性能45-49
• 5.2.2 稳定性49-51
• 5.2.3 基板在含碘电解液中的腐蚀性能测试51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-62
• 附录62
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录62
• B. 作者在攻读学位期间取得的专利成果目录62

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