染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究

【摘要】： 染料敏化TiO2太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSSC)作为第三代太阳能装置,具有结构简单、成本低廉、环境友好等优点,在太阳能的应用上具有重要意义。如何获得更高的光电转换效率,提高电池稳定性,延长使用寿命一直是研究的焦点问题。 本论文主要对石墨材料对电极、不同溶剂中I3-/I-在对电极上的氧化还原电位以及相关性能进行了研究。主要内容如下: (1)高性能低成本的石墨对电极研究。用小粒径鳞片石墨,经过不同的制备方法,制成一系列的石墨电极,获得了一种具有很好的电化学活性,能使DSSC的开路电压和光电效率都超过铂修饰电极的多孔隙石墨/纳米TiO2/镍电极。并通过电化学和光电性能测试,分析了影响DSSC对电极性能的相关因素。 (2)设计了一种双池型染料敏化太阳能电池,研究了不同溶剂对DSSC对电极的相关性能以及对DSSC的整体光电性能的影响。DSSC的对电极作为发生还原反应而传递电子的电极对DSSC的性能有着重要的影响。本论文通过对在不同溶剂中对电极氧化、还原电位的研究,发现溶剂对于对电极上I3-/I-的氧化、还原电位有很大的影响。DSSC的开路电压(Voc)为TiO2费米能级与电解质的还原电位之差,如果能改善对电极上的氧化还原电位并且不对染料敏化TiO2电极的性能造成不良影响,势必能提高DSSC的开路电压,从而提高DSSC的光电转换效率。据此原理,设计了一种新型结构的染料敏化太阳能电池——双池型染料敏化太阳能电池。该种电池由于能够使用两种分别对两个电极相关性能比较有利的含有不同溶剂的电解质,大大的改善了DSSC的光电性能,使开路电压达到了1020 mV,比原来升高了220mV,短路电流(ISC)提高了15%,光电效率相对于传统型DSSC提高了47%。该种电池的发明,为染料敏化太阳能电池的研究提供了一个新的方法。 (3)研究了含有不同溶剂的准固态双池型DSSC。结果表明,与普通的准固态DSSC相比,如果采用双池型结构的DSSC,通过改变对电极的溶剂,提升对电极的还原电位,可以大幅度的提高准固态DSSC的Voc、ISC和η。与两电极都只用一种溶剂的普通DSSC相比,其Voc提高了136 mV,ISC提高了14%,总的光电效率提高了37%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 石墨 对电极 电解质 双池型
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 论文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-25
• 1.1 DSSC 的结构及其原理11-14
• 1.1.1 DSSC 的结构11-12
• 1.1.2 DSSC 的光电转换原理12-14
• 1.2 光电化学太阳能电池的发展史14-15
• 1.3 TiO_2 薄膜电极的研究进展15-18
• 1.4 敏化染料的研究进展18-21
• 1.5 电解质研究进展21-22
• 1.6 对电极研究进展22-23
• 1.7 DSSC 面临的问题23
• 1.8 本论文的研究目的和研究内容23-25
• 第二章 DSSC 的制备与性能表征25-35
• 2.1 DSSC 的制备流程25-27
• 2.2 DSSC 的性能测试27
• 2.3 DSSC 的性能指标27-31
• 2.3.1 开路电压和短路电流27-28
• 2.3.2 光电转换效率28-30
• 2.3.3 I-V 特性曲线30-31
• 2.4 影响DSSC 光电性能的因素31-35
• 2.4.1 DSSC 本身的影响因素31-34
• 2.4.2 DSSC 外部影响因素34-35
• 第三章 料敏化太阳能电池石墨对电极的制备与性能研究35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 实验主要试剂和仪器35-36
• 3.3 对电极的制备36-37
• 3.3.1 纯石墨对电极的制备36
• 3.3.2 石墨/环氧树脂对电极的制备36
• 3.3.3 石墨/TiO_2/镍复合对电极的制备36-37
• 3.3.4 铂修饰对电极的制备37
• 3.4 对电极的性能测试37-38
• 3.4.1 循环伏安测试37
• 3.4.2 石墨材料表面电阻测试37-38
• 3.4.3 电极材料的恒压极限电流测试38
• 3.4.4 电极材料的光电性能测试38
• 3.5 测试结果与讨论38-43
• 3.5.1 循环伏安38-39
• 3.5.2 对电极材料的电阻39-40
• 3.5.3 对电极材料的恒压极限电流40-42
• 3.5.4 对电极材料在DSSC 中的性能42-43
• 3.6 小结43-44
• 第四章 溶剂对DSSC对电极的氧化还原电位和光电性能的影响44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 主要药品和仪器44-45
• 4.3 含有不同溶剂的电解质的制备45-46
• 4.4 双池型染料敏化太阳能电池的结构和组装46
• 4.5 含不同溶剂的电解质的电化学性能和光电性能测试46-47
• 4.5.1 循环伏安测试46-47
• 4.5.2 含不同溶剂的电解质间的相对平衡电位测试47
• 4.5.3 双池型DSSC的I-V曲线测试47
• 4.6 试验结果与讨论47-54
• 4.6.1 含不同溶剂的电解质在对电极上的氧化还原电位47-51
• 4.6.2 含不同溶剂的电解质间的相对平衡电位51-52
• 4.6.3 含不同溶剂的电解质的DSSC 开路电压52-53
• 4.6.4 能产生最优越电压的双池型DSSC 的光电性能分析53-54
• 4.7 小结54-56
• 第五章 双池型准固态DSSC的光电性能研究56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 主要药品和仪器56-57
• 5.3 含有不同溶剂的准固态电解质的制备57-58
• 5.4 双池型DSSC的结构和组装58
• 5.5 含有不同溶剂的电解质的电化学性能和DSSC 的光电性能测试58-59
• 5.5.1 循环伏安测试58-59
• 5.5.2 DSSC 的I-V 曲线测试59
• 5.6 试验结果与讨论59-62
• 5.6.1 含有不同溶剂的电解质的循环伏安曲线59-61
• 5.6.2 含有不同溶剂的准固态双池型DSSC 的光电性能分析61-62
• 5.7 小结62-64
• 第六章 总结64-66
• 参考文献66-74
• 附录:硕士研究生在读期间本人取得的成果74-75
• 致谢75

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