染料敏化太陽電池“成熟期”內(nèi)固-液界面過程研究.pdf

1、染料敏化太陽電池（DSCs）是一種多相接觸的光電化學(xué)體系，液相與固相接觸形成多個(gè)固/液接觸界面，電池的光電轉(zhuǎn)化過程都發(fā)生在界面處。DSCs完整的生命周期應(yīng)經(jīng)歷性能成熟、穩(wěn)定和衰退三個(gè)階段。目前，關(guān)于DSCs相關(guān)研究都集中在穩(wěn)定和衰退階段，而對(duì)于DSCs性能成熟階段過程研究一直被忽略。
　　本論文基于 DSCs的多相接觸界面結(jié)構(gòu)，借助電化學(xué)阻抗等研究手段細(xì)致研究了DSCs在“成熟期”內(nèi)電池內(nèi)部的三個(gè)固/液接觸界面（Dyed-TiO2

2、/EL界面、Pt-TCO/EL界面和TCO/EL界面）的電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)過程，從一個(gè)全新的角度對(duì)DSCs工作機(jī)理進(jìn)行深入研究。
　　首先，對(duì) DSCs的發(fā)展、界面結(jié)構(gòu)特性以及目前的研究現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了綜述。其次，采用宏觀光電性能測(cè)試與微觀動(dòng)力學(xué)性能研究相結(jié)合的方法對(duì) DSCs在“成熟期”內(nèi)的固/液界面動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了研究：在宏觀層面，在0~72 h內(nèi)對(duì)DSCs進(jìn)行了多時(shí)間點(diǎn)的I-V性能測(cè)試，分析了短路電流、開路電壓、填充因子和轉(zhuǎn)換效

3、率等光伏性能隨著成熟時(shí)間推移的變化；在微觀層面，針對(duì)三個(gè)固/液界面的特性設(shè)計(jì)了三種不同類型的電池，在0~72 h內(nèi)進(jìn)行了多時(shí)間點(diǎn)的電化學(xué)阻抗譜測(cè)試。最后，通過提取固/液接觸界面阻抗參數(shù)，研究和分析了DSCs從電解液注入到性能穩(wěn)定過程中固/液界面的能級(jí)、局域態(tài)分布、電荷積累、電子傳輸動(dòng)力學(xué)以及復(fù)合動(dòng)力學(xué)等微觀界面電子轉(zhuǎn)移過程。
　　研究結(jié)果表明，在0~12 h電池宏微觀性能變化程度較大，12 h后電池宏微觀性能趨于穩(wěn)定，電池達(dá)到成熟

4、狀態(tài)。在“成熟”期間，TiO2能級(jí)向負(fù)方向移動(dòng)；TiO2局域態(tài)數(shù)量減小，這種數(shù)量的改變是按照相同分布規(guī)律而減小的；TiO2薄膜內(nèi)傳輸電阻Rt增大，電子傳輸時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，電子擴(kuò)散系數(shù)減小；Dyed-TiO2/EL界面復(fù)合電阻 Rct增大，復(fù)合過程不斷被抑制，電子壽命逐漸延長(zhǎng)。另外，研究結(jié)果還表明EL/Pt-TCO界面和TCO/EL界面電子轉(zhuǎn)移電阻、界面電容以及電子轉(zhuǎn)移時(shí)間常數(shù)同樣會(huì)隨著“成熟”時(shí)間變化，表明EL/Pt-TCO界面和TCO/