染料敏化太陽能電池高效穩(wěn)定電解質及低成本對電極研究.pdf

1、作為一種典型的第三代光伏器件，染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell，DSC)具有制作工藝簡單、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，是最具發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵刂弧＝?jīng)過世界各國科研工作者二十多年的努力，DSC能量轉換效率目前已達13.0％。但是，DSC還存在穩(wěn)定性差、成本高等問題，制約了其產(chǎn)業(yè)化進程。為了解決上述問題，本論文以制作高效、高穩(wěn)定性和低成本的DSC為目標，圍繞開發(fā)新型高效高穩(wěn)定性電解質和設計合成低成本對電

2、極材料及其與器件性能間的構效關系展開系統(tǒng)研究，考察材料形貌和晶型對DSC光電性能的影響機制，并詳細研究了非Pt對電極催化材料對電解質中不同氧化還原電對的催化性能。此外，利用海帶這一生物質材料制備了DSC各關鍵組成部分，設計構建了全天然DSC器件。
　　首先，我們開發(fā)制備了三種新型高效、高穩(wěn)定的電解質:
　　(1)通過溶液聚合法合成了高分子交聯(lián)劑-聚醋酸乙烯酯(PVAc)，制備了基于PVAc的擬固態(tài)電解質并將其組裝成擬固態(tài)DS

3、C。研究結果表明，擬固態(tài)DSC可達到與液態(tài)DSC相當?shù)哪芰哭D換效率，并具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
　　(2)將多種新型雙乙二酸硼酸鹽離子液體（BOB離子液體）作為添加劑引入液態(tài)電解質體系中，獲得了8.73％的能量轉換效率，并系統(tǒng)研究了離子液體結構對電池光電性能的影響機制。此外，將該類添加劑引入到純離子液體電解質體系中，電池效率獲得大幅提高，并展示出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
　　(3)研究了利用I-/I2-·作為氧化還原電對的無碘（單質

4、）電解質體系。通過電化學方法證實了其可行性，系統(tǒng)研究了濃度、溶劑、光陽極及隔離層厚度對電池性能的影響，優(yōu)化后獲得了與傳統(tǒng)電解質相近的能量轉換效率8.82％，并證實了此種新型無碘電解質具有良好的普適性。
　　其次，通過水熱法合成了三種花狀多級結構鐵基氧化物α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，將其用于DSC對電極，系統(tǒng)研究了形貌和晶型對DSC光電性能的影響機制。研究結果表明，三種氧化物中Fe3O4具有最佳的催化性能，優(yōu)化后電池

5、器件獲得7.80％的能量轉換效率，與濺射Pt組裝的電池器件效率相當。利用生物質材料——松脂合成了C/Fe3O4復合催化材料，并將其應用于DSC對電極，研究結果表明:復合催化材料較復合前具有更佳的導電性和催化活性，組裝的DSC具有更高的能量轉換效率(8.11％)。
　　再次，從海洋植物——海帶中提取得到DSC所用的多種必要材料，包括染料、氧化還原電對和對電極。利用海帶碳作為對電極組裝的DSC獲得了7.82％的能量轉換效率。利用其生物

6、質模板的特性，在低溫下制備的海帶碳/Fe3O4復合材料組裝的DSC對比復合前能量轉換效率提高了24.2％。最后，構建的全天然DSC器件也獲得了較高的能量轉換效率。
　　最后，通過多種電化學方法，系統(tǒng)研究了對電極催化材料對有機氧化還原電對(T-/T2，Co2+/Co3+)的催化性能。研究結果表明，一些非Pt類催化材料，如OMC-WC、WC、TiC、NbO2等均在上述電對體系中表現(xiàn)出優(yōu)于Pt的催化性能，使相應DSC的效率得到大幅提高。