電極性能改善及其在染料敏化太陽電池中應用的研究.pdf

1、近年來,染料敏化太陽電池(DSC)因原材料價格低廉,工藝簡單,轉換效率較高,應用前景廣泛,被認為是具有高性價比的新一代太陽電池,而引起世界各國的廣泛關注。在提高染料敏化太陽電池光電轉換效率的同時,進一步降低電池的制造成本,是本領域當前國際研究的熱點。本論文針對染料敏化太陽電池的光陽極和對電極制造過程中出現(xiàn)的問題,提出了新型成膜劑-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制備高致密性TiO2薄膜,采用新結構構建對電極,擬在降低材料成本、提高薄膜成品率的同

2、時,進一步提高玻璃基底染料敏化太陽電池的轉換效率。本論文的主要研究工作如下:
　　 1.高致密性TiO2薄膜的研究
　　 本文采用刮涂和高溫燒結相結合的方法在玻璃基底上制備納米。TiO2薄膜。在TiO2漿料的制備中,針對常規(guī)納米TiO2薄膜易出現(xiàn)裂紋等缺陷的問題,提出采用新型成膜劑-PVP制備納米TiO2薄膜。首先進行了不同PVP系列對TiO2薄膜特性及其電池性能影響的研究,優(yōu)選出K30系列PVP成膜劑；然后針對優(yōu)選出的

3、K30系列PVP與常用粘結劑一乙基纖維素(M70)進行對比實驗,探尋最優(yōu)成膜劑。以期在宏觀上減少TiO2薄膜的裂縫,從而降低染料敏化電池的暗電流；在微觀上增加TiO2薄膜孔隙率,從而增加單層染料分子的吸附量,提高光生電子數(shù),增加短路電流,使電池效率進一步提高。為增加光在TiO2薄膜中的散射,開展了400nm大顆粒層和不同尺寸的TiO2顆粒對TiO2薄膜性能及電池性能影響的研究。
　　 2.對電極結構的研究
　　 對電極在

4、染料敏化太陽電池中是不可或缺的一部分。目前多采用鍍鉑的對電極,即采用不同方法將鉑鍍在導電玻璃上。本論文嘗試引入高反射率、高電導率的金屬鋁、銀,與具有高催化特性的鉑結合,形成新型對電極結構,以期改善染料敏化電池的光利用率,進一步提高電池效率。
　　 在保持鉑催化功能的前提下,盡可能減薄鉑膜的厚度,降低電池成本。但對電極的導電和光反射特性將降低。為此,提出兩種新型對電極結構。第一種由基底材料、鋁薄膜和其上的鉑薄膜構成。此新型對電極具

5、有如下優(yōu)點:1)基底材料的選擇更自由,可以是普通玻璃、塑料、不銹鋼等:2)鋁的電導率高,可顯著降低電池串聯(lián)電阻,改善歐姆接觸；3)鋁的價格便宜；4)鋁膜制備工藝簡單、沉積溫度低、沉積速率高；5)鋁薄膜對可見光具有高反射率,可增加光程,提高太陽光利用率。在對新型對電極特性及其對電池性能影響的初步研究后,發(fā)現(xiàn)金屬鋁等不耐電解液的腐蝕問題。為此,本論文提出了系列改進措施。
　　 針對熱分解法制備的鉑層較薄、呈透明的特點,提出第二種新型

6、對電極結構。其由鉑、基底材料和高反射性的金屬(鋁、銀)構成。該結構可將未被染料分子充分吸收而透過透明鉑薄膜的部分太陽光,由金屬鋁或銀薄膜將之反射回染料敏化電池中,從而提高太陽光的利用率,改善電池特性。而且,該結構也解決了上述第一種新型對電極結構中金屬鋁等不耐電解液腐蝕的問題。本論文針對第二種新型對電極,進行了其對電池性能影響的初步研究。
　　 3.以FTO導電玻璃為襯底、用PVP做成膜劑制備的染料敏化太陽電池的光電轉換效率為6.