低成本染料敏化太陽(yáng)能電池的制備及性能研究.pdf

1、實(shí)現(xiàn)成本低廉、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好的太陽(yáng)能發(fā)電，是人類(lèi)一直夢(mèng)寐以求的追求。染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)屬于第三代新型薄膜太陽(yáng)能電池。DSSC由光陽(yáng)極、電解液和對(duì)電極三部分組成。通常對(duì)電極為貴金屬鉑(Pt)，然而Pt價(jià)格昂貴，增加了DSSC的成本，限制了DSSC的大規(guī)模生產(chǎn)。碳材料具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，有望代替Pt電極。但是碳材料與導(dǎo)電基板(FTO)之間的附著力差，嚴(yán)

2、重影響對(duì)電極和DSSC的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的“三明治”式DSSC采用兩塊FTO制備電池，而FTO的成本占了整個(gè)電池成本的50％，因此替代或減少FTO的用量將會(huì)大幅降低DSSC的成本。因此本文通過(guò)添加粘結(jié)劑的方法提高碳材料和導(dǎo)電基板之間的附著力。此外，通過(guò)制備使用一塊FTO和使用單一導(dǎo)電基底的電池實(shí)現(xiàn)電池的低成本化。
　　首先，本文以導(dǎo)電碳漿(CC)為粘結(jié)劑、色素碳(Cd)為催化劑，成功制備出附著力優(yōu)異的碳對(duì)電極(Cd-CC)，對(duì)其催化活

3、性進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明Cd-CC不但導(dǎo)電性好，而且催化活性高。將其組裝成DSSC，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.69％，并且光照600h后電池的穩(wěn)定性依然很好。將此種方法推廣應(yīng)用在其它碳材料和金屬碳化物中，均取得了較好的效果。
　　其次，本文利用CC的高導(dǎo)電性來(lái)替代FTO，制備了由一塊導(dǎo)電玻璃和一塊普通玻璃組成的新型結(jié)構(gòu)電池(L-DSSC)。對(duì)L-DSSC的隔離層和碳對(duì)電極進(jìn)行優(yōu)化考察，研究結(jié)果表明，當(dāng)采用25nm TiO2為隔離層時(shí)

4、，L-DSSC的光電流較高;增加碳催化劑量、對(duì)其進(jìn)行載Pt、高溫?zé)Y(jié)均有利于提高碳對(duì)電極的催化活性，進(jìn)而提高電池的效率，其能量轉(zhuǎn)換效率從2.17％提高到6.98％。
　　最后，本文采用全絲網(wǎng)印刷工藝成功制備了使用單一導(dǎo)電基底的單基板染料敏化太陽(yáng)能電池(M-DSSC)。在活性面積為0.4 cm2的M-DSSC中對(duì)隔離層粒徑和厚度、對(duì)電極碳層中石墨粒徑和造孔劑(PVDF)添加量進(jìn)行了考察。研究結(jié)果表明，隔離層中ZrO2/ TiO2為6

5、∶1、膜厚為3.5μm時(shí)，對(duì)電極碳層采用較大粒子的石墨并加入20％的PVDF時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到8.53％，這是目前小面積M-DSSC的最高效率。對(duì)大面積M-DSSC的光陽(yáng)極活性層、電解液和構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化考察，研究結(jié)果表明，光陽(yáng)極變窄有利于提高光電流，基于不同溶劑（乙腈、MPN、離子液體、擬固態(tài)）電解液的大面積M-DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了5.79％、4.96％、3.06％、4.16％。M-DSSC在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)2000h的自然光照射后