基于透明介孔對(duì)電極的介觀太陽能電池研究.pdf

1、介觀太陽能電池是一種利用納米介孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行光捕獲和電荷分離的新型的太陽能電池。其中，染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized solar cell，DSSC）是介觀太陽能電池的典型代表。自1991年M. Gr?tzel課題組首次將二氧化鈦（TiO2）介孔材料應(yīng)用在DSSC以來，DSSC受到各國研究者的廣泛關(guān)注與深入研究。目前文獻(xiàn)報(bào)道的DSSC的最高公證效率已達(dá)到11.9％。與傳統(tǒng)的太陽能電池相比，DSSC具有原材料價(jià)格相對(duì)低廉、制

2、備工藝過程簡單、對(duì)環(huán)境友好無污染等特點(diǎn)，因而受到廣泛關(guān)注。著DSSC的快速發(fā)展，許多的科研機(jī)構(gòu)和公司都致力于開發(fā)應(yīng)用型的DSSC器件，積極推動(dòng)DSSC的商業(yè)化應(yīng)用。其中，利用DSSC易于制作、可塑性強(qiáng)等特點(diǎn)，將DSSC與建筑幕墻結(jié)合是其產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。針對(duì)光伏與建筑材料一體化(Building Integrated Photovoltaic，BIPV)的發(fā)展需求，本文在傳統(tǒng)DSSC基礎(chǔ)上研發(fā)了一種具有雙面透明特點(diǎn)的全介孔液態(tài)D

3、SSC；為了解決液態(tài)DSSC穩(wěn)定性等問題，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有雙面透明全介孔結(jié)構(gòu)的全固態(tài)DSSC；與此同時(shí)，將介孔ITO材料應(yīng)用在鈣鈦礦介觀太陽能電池的結(jié)構(gòu)中，為進(jìn)一步制作鈣鈦礦透明電池和疊層電池奠定了基礎(chǔ)；對(duì)基于碳對(duì)電極和鈣鈦礦的全固態(tài)介觀太陽能電池的光陽極進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得了13.41%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　本文采用溶劑熱合成法（Solvothermal synthesis）制備了立方體形狀的ITO納米顆粒；通過向 ITO納

4、米晶顆粒中添加粘結(jié)劑，并控制ITO/粘結(jié)劑的比例，制備了一種透明導(dǎo)電ITO漿料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用該漿料制備的介孔ITO薄膜比表面積高達(dá)112.5m2/g，單層透過率高達(dá)80%以上，電阻率低至0.247±0.004Ω·cm。制備了介孔ITO透明對(duì)電極，并將其應(yīng)用在液態(tài)DSSC中。在介孔ITO對(duì)電極的基礎(chǔ)上，利用熱分解 H2PtCl6的方式對(duì)該介孔ITO透明電極進(jìn)行修飾，制備了基于ITO-Pt介孔對(duì)電極的雙面透明的DSSC，并獲得了3.2

5、6%的光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)表明，ITO-Pt介孔對(duì)電極在保持良好催化活性的同時(shí)，能夠極大地降低對(duì)電極與電解質(zhì)之間的交換電阻，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。采用全絲網(wǎng)印刷的方式，成功制備了一種基于介孔ITO對(duì)電極的雙面透明全固態(tài)DSSC。通過優(yōu)化對(duì)電極中ITO膜的厚度及Spiro-OMeTAD填充工藝，制備了全絲網(wǎng)印刷的雙面透明全固態(tài) DSSC，該器件在標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下獲得了正面照射1.73%的光電轉(zhuǎn)換效率和反面照射1.06%的光電轉(zhuǎn)換效率。采

6、用全絲網(wǎng)印刷的方式，以新型鈣鈦礦(5-AVA)x(MA)1-xPbI3取代傳統(tǒng)的CH3NH3PbI3，發(fā)展了一種基于介孔 ITO透明對(duì)電極的介觀鈣鈦礦太陽能電池，并取得了7.6%的光電轉(zhuǎn)換效率。對(duì)基于碳對(duì)電極和(5-AVA)x(MA)1-xPbI3體系的介觀鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行了介孔TiO2材料的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明，納米晶TiO2顆粒的尺寸的大小為25 nm時(shí)，介觀鈣鈦礦太陽能電池具有最高的光電轉(zhuǎn)換效率；最終在最佳化的條件下，獲得了光電轉(zhuǎn)換