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染料敏化太阳能电池对电极及电解质的研究
作 者: 许芳怡
导 师: 胡志强
学 校: 大连工业大学
专 业: 材料学
关键词: PEDOT:PSS-C PEDOT:PSS-CuI 对电极 电解质 染料敏化太阳能电池
分类号: TM914.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
本文以导电聚合物(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)分别与无机导电粉体炭黑、石墨、活性炭及导电炭浆混合为原料加入适量的有机溶剂二甲基亚砜(DMSO),用滚涂法在柔性ITO/PET基底上制备了新型的对电极,用它代替昂贵的Pt电极作为染料敏化太阳能电池的对电极。采用微乳液法,以CuSO4·5H2O和KI为原料制备了CuI粉体,以实验室自制的无机P型半导体CuI粉体、导电聚合物PEDOT:PSS及乙腈为原料,制备了PEDOT:PSS-CuI复合电解质及纯CuI固态电解质进行了对比。将制备的PEDOT:PSS-C新型对电极、PEDOT:PSS-CuI复合电解质和纯CuI固态电解质与TiO2光阳极,组装成染料敏化太阳能电池进行电池性能测试。通过四探针测试仪、扫描电镜、太阳能电池测试仪,分别测试了柔性PEDOT:PSS-C对电极薄膜的方块电阻、表面形貌及其伏安特性;通过X射线衍射(XRD)和激光粒度分析仪对CuI粉体的晶型和粒度进行了分析,用四探针电阻仪测定了电解质薄膜的电阻率,测试了染料敏化太阳能电池的性能。并比较了纯CuI固态电解质与PEDOT:PSS-CuI复合电解质的电池性能及稳定性。结果表明:PEDOT:PSS与活性炭复合的对电极性能较优,且最佳掺杂量为5%,实现了柔性化的PEDOT:PSS-C复合对电极。当CuI在PEDOT:PSS中添加量为20%时,PEDOT:PSS-CuI复合电解质组装电池的性能较好,与PEDOT:PSS-活性炭对电极组装的染料敏化太阳能电池,在100mW/cm2的光照下,得到短路电流密度为1.72mA/cm2,开路电压为0.77V,填充因子为0.50,光电转化效率为1.41%,且PEDOT:PSS-CuI复合电解质的性能稳定性要优于纯CuI固态电解质。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第一章 前言 9-11 第二章 文献综述 11-29 2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构 11-12 2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理 12-13 2.3 染料敏化太阳能电池的动力学过程 13-14 2.4 染料敏化太阳能电池的性能参数 14-16 2.5 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展 16-19 2.5.1 液态电解质 16-17 2.5.2 准固态电解质 17 2.5.3 固态电解质 17-19 2.5.3.1 无机 p 型半导体材料 17-18 2.5.3.2 导电聚合物 18-19 2.6 染料敏化太阳能电池对电极的研究进展 19-22 2.6.1 铂对电极 19-21 2.6.2 碳对电极 21-22 2.6.3 氧化铜对电极 22 2.7 PEDOT:PSS 在染料敏化太阳能电池中的应用 22-24 2.8 碳材料在染料敏化太阳能电池中的应用 24-25 2.9 柔性染料敏化太阳能电池的研究进展 25-26 2.10 染料敏化太阳能电池存在问题及展望 26-27 2.11 选题的目的和意义 27-29 第三章 实验部分 29-38 3.1 实验药品及设备 29-30 3.1.1 实验药品 29-30 3.1.2 实验设备 30 3.2 基底的预处理 30-31 3.3 TiO_2光阳极的制备 31-33 3.3.1 致密 TiO_2薄膜的制备 31-32 3.3.2 多孔 TiO_2薄膜的制备 32-33 3.4 染料的配制与吸附 33-34 3.5 PEDOT:PSS-C 对电极的制备 34 3.6 电解质的制备 34-36 3.6.1 LiI/I_2液体电解质的制备 34-35 3.6.2 PEDOT:PSS-CuI 复合电解质的制备 35-36 3.6.2.1 CuI 纳米粉体的制备 35-36 3.6.2.2 PEDOT:PSS-CuI 电解质的制备 36 3.6.3 纯 CuI 固态电解质的制备 36 3.7 染料敏化太阳能电池的组装 36-37 3.8 分析测试方法 37-38 3.8.1 X 射线衍射分析 37 3.8.2 扫描电镜分析 37 3.8.3 粒度测试 37 3.8.4 方块电阻及电阻率测试 37 3.8.5 薄膜厚度测试 37 3.8.6 光电性能测试 37-38 第四章 结果与讨论 38-54 4.1 PEDOT:PSS-C 对电极薄膜的分析 38-47 4.1.1 表面形貌的分析 38-41 4.1.2 表面电阻分析 41-42 4.1.3 DSSC 电池光电性能测试 42-47 4.1.3.1 不同炭材料对 DSSC 电池光电性能的影响 42-44 4.1.3.2 不同厚度的对电极薄膜对 DSSC 电池光电性能的影响 44-46 4.1.3.3 不同基底上 PEDOT:PSS-活性炭对电极的伏-安性能 46-47 4.2 CuI 粉体的分析 47-50 4.2.1 CuI 粉体的 X 射线衍射分析 47-49 4.2.2 粒径分析 49-50 4.3 PEDOT:PSS-CuI 复合电解质的分析 50-54 4.3.1 不同电解质薄膜的电阻率分析 50 4.3.2 电池性能测试 50-54 4.3.2.1 不同电解质组装 DSSC 电池的电池性能 50-52 4.3.2.2 电池性能稳定性的影响 52-54 第五章 结论 54-55 参考文献 55-60 致谢 60-61 附录 作者攻读硕士期间发表的论文及成果 61
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 光电池 > 太阳能电池
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