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高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究


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 8-10ABSTRACT10-13 第 1 章绪论 13-431.1 新 能源产业 的挑战 与机 遇 13-161.2 太阳 能电池 的发 展 16-241.3 染料敏化太阳能电池的介绍 24-341.4 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 43-572.1 染料敏化太阳能电池的工作原理 43-452.2 染料 敏化太阳能电池的光电性能参数 45-492.3 染料敏化太阳能电池的光 电性能测试 49-512.4 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 57-893.1 二氧化钛纳米管的制备机理 58-593.2TiO_2 纳米管制备过 程 59-603.3TiO_2 纳米管染料敏化太阳能电池的研究 60-713.4TiO_2 纳米管/纳米颗粒染料敏化太阳能电池的研究 71-813.5 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 89-1054.1 实验过程 89-924.2 结果与讨论 92-1004.3 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 105-1295.1PAA-PEG 聚合物凝胶电解质(PGE)介绍 105-1075.2 实验过 程 107-1105.3 结果与讨论 110-1245.4 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 129-1456.1 前 言 129-1336.2 实验过程 133-1366.3 结果与讨论 136-1426.4 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 145-1577.1 前言 145-1467.2 实验过程 146-1487.3 结果与讨论 148-1527.4 本章小结 152-153 参考文献 153-157 第 8 章全文总结 157-1638.1 研究成果与创新 157-1598.2 展望 159-163 博士期间发表论

文及专利 163-167 致谢 167

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