纖維染料敏化太陽能電池等效電路研究.pdf

1、太陽能作為一種可再生、低成本的綠色能源有望成為代替化石能源的世界性能源。染料敏化太陽能電池（dye sensitized solar cell，DSSC）作為第三代太陽能電池，具有成本低廉、原料豐富、制備工藝簡單等特點(diǎn)，近年來成為太陽能電池研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)硬性平板式的光伏電池抗外力能力欠佳，受空間限制大，制約了產(chǎn)品多樣性設(shè)計(jì)以及大面積電池模塊的運(yùn)輸、安裝及使用。近年來，一種新型纖維太陽能電池受到廣泛關(guān)注。它以不銹鋼絲作為電極基底，通過編

2、織或纏繞方式組裝成電池。新型纖維DSSC以其獨(dú)特的柔性可編織特點(diǎn)，給太陽能電池的應(yīng)用帶來了極大的方便。纖維結(jié)構(gòu)的電池內(nèi)部界面高度彎曲，界面高曲率導(dǎo)致表面應(yīng)力增大，從而影響到電池的光電轉(zhuǎn)換效率，這給纖維電池的研究帶了新的挑戰(zhàn)。目前，用于分析DSSC內(nèi)部機(jī)理的等效電路研究僅限于硬性平板器件，而沒有專門針對(duì)纖維DSSC的等效電路，這不利于對(duì)纖維DSSC內(nèi)部機(jī)制進(jìn)行研究討論。本研究在優(yōu)化TiO2、ZnO兩類纖維DSSC的基礎(chǔ)上提出并建立了纖維D

3、SSC等效電路模型，并進(jìn)一步分析討論了纖維DSSC內(nèi)部工作機(jī)理。研究內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：
　?、傺芯恐苽淞嘶赥iO2及ZnO納米陣列的全固態(tài)纖維DSSC，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同結(jié)構(gòu)的TiO2納米管會(huì)對(duì)電池的性能造成影響。并且，TiO2基纖維DSSC的TiO2薄膜最優(yōu)厚度遠(yuǎn)大于平板DSSC。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，分層結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒更加適用于纖維DSSC。
　?、谘芯炕跓o應(yīng)變的理想電池模型，建立了全固態(tài)纖維DSSC的等效電路。從等效電路

4、出發(fā)，討論了纖維DSSC的EIS頻譜響應(yīng)特性以及纖維DSSC內(nèi)部感抗效應(yīng)產(chǎn)生的原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不同頻段的掃描區(qū)，分析推導(dǎo)所得的電池的阻抗變化趨勢與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)還在掃描頻率的高頻區(qū)發(fā)現(xiàn)了負(fù)阻抗行為，這與電池等效電路中的感抗特性一致。感抗現(xiàn)象是傳統(tǒng)平板電池所不具備的。
　?、垩芯糠治隽?TiO2薄膜、CuI薄膜以及光敏染料對(duì)電池等效電路的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于電極表面的應(yīng)力畸變，導(dǎo)致氧化物及電解質(zhì)薄膜厚度對(duì)電池的影響規(guī)律相對(duì)復(fù)雜。