電極性能改善及其在染料敏化太陽電池中應(yīng)用的研究.pdf

1、近年來,染料敏化太陽電池(DSC)因原材料價格低廉,工藝簡單,轉(zhuǎn)換效率較高,應(yīng)用前景廣泛,被認(rèn)為是具有高性價比的新一代太陽電池,而引起世界各國的廣泛關(guān)注。在提高染料敏化太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的同時,進(jìn)一步降低電池的制造成本,是本領(lǐng)域當(dāng)前國際研究的熱點(diǎn)。本論文針對染料敏化太陽電池的光陽極和對電極制造過程中出現(xiàn)的問題,提出了新型成膜劑-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制備高致密性TiO2薄膜,采用新結(jié)構(gòu)構(gòu)建對電極,擬在降低材料成本、提高薄膜成品率的同

2、時,進(jìn)一步提高玻璃基底染料敏化太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。本論文的主要研究工作如下:
　　 1.高致密性TiO2薄膜的研究
　　 本文采用刮涂和高溫?zé)Y(jié)相結(jié)合的方法在玻璃基底上制備納米。TiO2薄膜。在TiO2漿料的制備中,針對常規(guī)納米TiO2薄膜易出現(xiàn)裂紋等缺陷的問題,提出采用新型成膜劑-PVP制備納米TiO2薄膜。首先進(jìn)行了不同PVP系列對TiO2薄膜特性及其電池性能影響的研究,優(yōu)選出K30系列PVP成膜劑；然后針對優(yōu)選出的

3、K30系列PVP與常用粘結(jié)劑一乙基纖維素(M70)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),探尋最優(yōu)成膜劑。以期在宏觀上減少TiO2薄膜的裂縫,從而降低染料敏化電池的暗電流；在微觀上增加TiO2薄膜孔隙率,從而增加單層染料分子的吸附量,提高光生電子數(shù),增加短路電流,使電池效率進(jìn)一步提高。為增加光在TiO2薄膜中的散射,開展了400nm大顆粒層和不同尺寸的TiO2顆粒對TiO2薄膜性能及電池性能影響的研究。
　　 2.對電極結(jié)構(gòu)的研究
　　 對電極在

4、染料敏化太陽電池中是不可或缺的一部分。目前多采用鍍鉑的對電極,即采用不同方法將鉑鍍在導(dǎo)電玻璃上。本論文嘗試引入高反射率、高電導(dǎo)率的金屬鋁、銀,與具有高催化特性的鉑結(jié)合,形成新型對電極結(jié)構(gòu),以期改善染料敏化電池的光利用率,進(jìn)一步提高電池效率。
　　 在保持鉑催化功能的前提下,盡可能減薄鉑膜的厚度,降低電池成本。但對電極的導(dǎo)電和光反射特性將降低。為此,提出兩種新型對電極結(jié)構(gòu)。第一種由基底材料、鋁薄膜和其上的鉑薄膜構(gòu)成。此新型對電極具

5、有如下優(yōu)點(diǎn):1)基底材料的選擇更自由,可以是普通玻璃、塑料、不銹鋼等:2)鋁的電導(dǎo)率高,可顯著降低電池串聯(lián)電阻,改善歐姆接觸；3)鋁的價格便宜；4)鋁膜制備工藝簡單、沉積溫度低、沉積速率高；5)鋁薄膜對可見光具有高反射率,可增加光程,提高太陽光利用率。在對新型對電極特性及其對電池性能影響的初步研究后,發(fā)現(xiàn)金屬鋁等不耐電解液的腐蝕問題。為此,本論文提出了系列改進(jìn)措施。
　　 針對熱分解法制備的鉑層較薄、呈透明的特點(diǎn),提出第二種新型

6、對電極結(jié)構(gòu)。其由鉑、基底材料和高反射性的金屬(鋁、銀)構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)可將未被染料分子充分吸收而透過透明鉑薄膜的部分太陽光,由金屬鋁或銀薄膜將之反射回染料敏化電池中,從而提高太陽光的利用率,改善電池特性。而且,該結(jié)構(gòu)也解決了上述第一種新型對電極結(jié)構(gòu)中金屬鋁等不耐電解液腐蝕的問題。本論文針對第二種新型對電極,進(jìn)行了其對電池性能影響的初步研究。
　　 3.以FTO導(dǎo)電玻璃為襯底、用PVP做成膜劑制備的染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6.