低成本染料敏化太陽能電池的制備及性能研究.pdf

1、實現(xiàn)成本低廉、儲量豐富、環(huán)境友好的太陽能發(fā)電，是人類一直夢寐以求的追求。染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)屬于第三代新型薄膜太陽能電池。DSSC由光陽極、電解液和對電極三部分組成。通常對電極為貴金屬鉑(Pt)，然而Pt價格昂貴，增加了DSSC的成本，限制了DSSC的大規(guī)模生產(chǎn)。碳材料具有儲量豐富、價格低廉、催化活性高等優(yōu)點，有望代替Pt電極。但是碳材料與導電基板(FTO)之間的附著力差，嚴

2、重影響對電極和DSSC的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的“三明治”式DSSC采用兩塊FTO制備電池，而FTO的成本占了整個電池成本的50％，因此替代或減少FTO的用量將會大幅降低DSSC的成本。因此本文通過添加粘結(jié)劑的方法提高碳材料和導電基板之間的附著力。此外，通過制備使用一塊FTO和使用單一導電基底的電池實現(xiàn)電池的低成本化。
　　首先，本文以導電碳漿(CC)為粘結(jié)劑、色素碳(Cd)為催化劑，成功制備出附著力優(yōu)異的碳對電極(Cd-CC)，對其催化活

3、性進行了表征。研究結(jié)果表明Cd-CC不但導電性好，而且催化活性高。將其組裝成DSSC，能量轉(zhuǎn)換效率達到了6.69％，并且光照600h后電池的穩(wěn)定性依然很好。將此種方法推廣應用在其它碳材料和金屬碳化物中，均取得了較好的效果。
　　其次，本文利用CC的高導電性來替代FTO，制備了由一塊導電玻璃和一塊普通玻璃組成的新型結(jié)構(gòu)電池(L-DSSC)。對L-DSSC的隔離層和碳對電極進行優(yōu)化考察，研究結(jié)果表明，當采用25nm TiO2為隔離層時

4、，L-DSSC的光電流較高;增加碳催化劑量、對其進行載Pt、高溫燒結(jié)均有利于提高碳對電極的催化活性，進而提高電池的效率，其能量轉(zhuǎn)換效率從2.17％提高到6.98％。
　　最后，本文采用全絲網(wǎng)印刷工藝成功制備了使用單一導電基底的單基板染料敏化太陽能電池(M-DSSC)。在活性面積為0.4 cm2的M-DSSC中對隔離層粒徑和厚度、對電極碳層中石墨粒徑和造孔劑(PVDF)添加量進行了考察。研究結(jié)果表明，隔離層中ZrO2/ TiO2為6

5、∶1、膜厚為3.5μm時，對電極碳層采用較大粒子的石墨并加入20％的PVDF時能量轉(zhuǎn)換效率達到8.53％，這是目前小面積M-DSSC的最高效率。對大面積M-DSSC的光陽極活性層、電解液和構(gòu)型進行了優(yōu)化考察，研究結(jié)果表明，光陽極變窄有利于提高光電流，基于不同溶劑（乙腈、MPN、離子液體、擬固態(tài)）電解液的大面積M-DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率分別達到了5.79％、4.96％、3.06％、4.16％。M-DSSC在經(jīng)過長達2000h的自然光照射后