改性炭氣凝膠對(duì)電極和聚合物光伏器件的制備與性能研究.pdf

1、本論文首先對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)及聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs)的研究進(jìn)展作出簡(jiǎn)單介紹。最近，價(jià)格低廉的炭氣凝膠對(duì)電極用于DSSCs中，顯示出取代鉑對(duì)電極的潛力。本論文通過(guò)KOH活化及氮摻雜兩種途徑制備出多種不同孔結(jié)構(gòu)的炭氣凝膠，并研究了炭氣凝膠孔結(jié)構(gòu)對(duì)其催化性能的影響。同時(shí)，本論文使用鈦酸四異丙酯(TTIP)作為陰極界面修飾層，首次制備出器件結(jié)構(gòu)為ITO(氧化銦錫)/TTIP/P3HT：PCBM(聚(3-己基噻吩)：[6,6

2、]-苯基-C61-丁酸甲酯)/MoO3/Al的反式PSCs，并初步探討了TTIP層對(duì)反式PSCs的光電性能的影響。其主要內(nèi)容如下：
　　1、采用不同含量的十六烷基三甲基溴化銨作為表面活性劑制備了兩種炭氣凝膠：CA3和CA4。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，CA4對(duì)電極的催化還原性能接近同等實(shí)驗(yàn)條件下的鉑對(duì)電極。以不同量的KOH活化處理CA4制得活化炭氣凝膠(ACAs)。N2吸附-解吸附測(cè)試結(jié)果表明，KOH活化會(huì)大幅度提高微孔含量和比表面積。發(fā)現(xiàn)

3、ACAs對(duì)電極的性能都遠(yuǎn)低于未活化的CA4對(duì)電極。EIS測(cè)試結(jié)果表明， ACAs電極的串聯(lián)電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻大于CA4電極，這說(shuō)明ACAs電極的催化還原活性低于CA4電極。研究結(jié)果表明，微孔結(jié)構(gòu)及微孔所致比表面積不能有效提高對(duì)電極催化還原I-3離子的活性。這可能是由于活化后，炭氣凝膠表面生成了更多的羥基等功能團(tuán)，導(dǎo)致炭氣凝膠對(duì)I-3離子的有效吸附減少，且活化導(dǎo)致ACAs的導(dǎo)電率下降。
　　2、通過(guò)在有機(jī)氣凝膠前驅(qū)體中引入不同含量的

4、三聚氰胺制備出具有不同孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜炭氣凝膠(NCAs)。各種測(cè)試結(jié)果表明：隨著摻氮量的增加，NCAs的平均孔徑減小，但中孔含量會(huì)隨之增加，這將降低NCAs對(duì)電極的電荷傳輸電阻，并增加其電催化活性。由于氮的摻入增加了NCAs的極性，因此使用聚偏氟乙烯粘結(jié)劑制備的NCAs對(duì)電極，其電催化活性優(yōu)于基于聚四氟乙烯的NCAs對(duì)電極。在對(duì)NCAs對(duì)電極的襯底及厚度進(jìn)行優(yōu)化后，基于NCA8的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)達(dá)到8.83％，是同等實(shí)驗(yàn)

5、條件下基于鉑對(duì)電極的DSSC的102.6%。
　　3、將可溶液處理的TTIP作為陰極界面修飾層制作基于P3HT/PCBM的反式PSCs，在對(duì)TTIP層的厚度、退火氛圍及退火溫度各種優(yōu)化后，最終制得的反式PSC的PCE達(dá)到3.54%，相比于基于同種活性層的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)PSC的PCE(2.34%)提高了近52%。研究結(jié)果表明，當(dāng)TTIP膜在空氣中或高溫下退火時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致TTIP膜的透光率下降，且TTIP膜LUMO