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染料敏化太阳能电池叠层电极的制备与研究

2020-12-11阅读(210)

染料敏化太阳能电池叠层电极的制备与研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池。TiO2多孔薄膜电极是DSSC的工作电极，同时在整个电池中起着吸附染料分子、传输电子，为电池中的电化学反应提供场所等作用。因此TiO2多孔薄膜电极的好坏直接影响到DSSC的性能。单一的TiO2纳米薄膜光电性能并不是很理想，合适的金属离子掺杂或将具有不同能级半导体纳米粒子复合在一起均可以提高电极的光电性能。本文对染料敏化太阳能电池尖晶石纳米粉体的掺杂复合以及DMPII离子液体对CuSCN-PEDOT/PSS复合固态电解质的影响进行了研究。本文采用醇-水共沉淀法，通过表面活性剂进行分散，制备尖晶石型CuCr2O4粉体，通过测试分析得到CuCr2O4粉体的最佳工艺。将制备的CuCr2O4粉体以不同质量分数掺杂到TiO2粉体中制成浆料，采用丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备CuCr2O4/TiO2复合薄膜。利用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM），紫外-可见吸收光谱（UV-Vis），太阳光模拟器及电化学工作站等测试方法对试样进行分析和表征。这些工作为步DSSC的进一研究打下了坚实的基础。DSSC中电解质主要起着再生染料和传输电荷的作用。本文从提高DSSC稳定性及光电性能出发，采用不易挥发且性能稳定的1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘（DMPII）离子液体来改善CuSCN-PEDOT/PSS复合固态电解质，并研究电解质的电导率及组装的DSSC后光电性能及稳定性。结果表明：（1）当烧结温度为1000°C、PEG400添加量为1.5%时，制备的CuCr2O4粉体粒径达到48nm；在TiO2薄膜电极中掺杂少量CuCr2O4粉体，复合薄膜在光谱范围600900nm内存在明显的吸收，吸光度可高达40-70%左右。当CuCr2O4掺杂量为2%时，电池的短路电流、光电转化效率分别增加了35%、44%。（2）当DMPII的添加量为2%时，制备的PEDOT/PSS-CuSCN固态电解质性能最好，在100mW/cm2的光照下，得到短路电流密度为1.86mA/cm2，开路电压为0.789V，填充因子为0.672，光电转化效率为2.64%；而且其稳定性大幅提升。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 第二章 文献综述
  • 2.1 染料敏化太阳能电池的叠层结构
  • 2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理
  • 2.3 染料敏化太阳能电池的性能评价参数
  • 2.4 二氧化钛纳米薄膜电极
  • 2.4.1 二氧化钛纳米薄膜性质
  • 2多孔薄膜的改性'>2.4.2 纳米 TiO2多孔薄膜的改性
  • 2.5 染料敏化
  • 2.6 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展
  • 2.6.1 液体电解质的研究进展
  • 2.6.2 凝胶电解质的研究进展
  • 2.6.3 固态电解质
  • 2.7 染料敏化太阳能电池中对电极的研究
  • 2.8 染料敏化太阳能电池存在问题
  • 2.9 选题的目的和意义
  • 第三章 实验部分
  • 3.1 实验原料及试剂
  • 3.2 实验仪器及设备
  • 3.3 实验方案
  • 2O4纳米粉体的制备'>3.3.1 CuCr2O4纳米粉体的制备
  • 3.3.2 玻璃基底的预处理
  • 2薄膜的制备'>3.3.3 致密 TiO2薄膜的制备
  • 2薄膜的制备'>3.3.4 多孔 TiO2薄膜的制备
  • 2O4/TiO2复合薄膜的制备'>3.3.5 CuCr2O4/TiO2复合薄膜的制备
  • 3.3.6 染料配制与吸附
  • 3.3.7 电解质的制备
  • 3.3.8 铂对电极的制备
  • 3.3.9 染料敏化太阳能电池的组装
  • 3.4 分析测试方法
  • 3.4.1 热重-差热分析
  • 3.4.2 X 射线衍射分析
  • 3.4.3 红外吸收光谱
  • 3.4.4 原子力显微镜分析
  • 3.4.5 扫描电镜分析
  • 3.4.6 膜厚
  • 3.4.7 电导率测试
  • 3.4.8 紫外-可见吸收光谱分析
  • 3.4.9 光电性能测试
  • 第四章 结果与讨论
  • 2O4粉体分析'>4.1 CuCr2O4粉体分析
  • 2O4粉体的 TG-DSC 分析'>4.1.1 CuCr2O4粉体的 TG-DSC 分析
  • 2O4粉体的影响'>4.1.2 烧结温度对 CuCr2O4粉体的影响
  • 4.1.3 表面活性剂对粉体的影响
  • 4.1.4 粉体的红外光谱分析
  • 4.1.5 粉体的紫外-可见吸收光谱分析
  • 2薄膜电极分析'>4.2 TiO2薄膜电极分析
  • 2薄膜电极'>4.2.1 多孔 TiO2薄膜电极
  • 2O4/TiO2复合薄膜的 XRD 分析'>4.2.2 CuCr2O4/TiO2复合薄膜的 XRD 分析
  • 2O4/TiO2复合薄膜的表面形貌分析'>4.2.3 CuCr2O4/TiO2复合薄膜的表面形貌分析
  • 2O4/TiO2复合薄膜的光学性能分析'>4.2.4 CuCr2O4/TiO2复合薄膜的光学性能分析
  • 4.2.5 复合薄膜厚度对短路电流密度的影响
  • 4.2.6 复合薄膜的电池性能分析
  • 4.3 离子液体对叠层电极中复合电解质的影响
  • 4.3.1 离子液体对电解质薄膜电导率的影响
  • 4.3.2 DMPII 离子液体对电池性能的影响
  • 第五章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果

    • 相关论文文献

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