鎳基纖維染料敏化太陽能電池的制備研究.pdf

1、太陽能作為一種低成本、可再生的綠色能源,有望替代化石能源成為世界性能源。作為第三代太陽能電池的染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC),具有原料豐富、工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),已成為太陽能電池的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)硬質(zhì)平板DSSC受空間限制大,抗外力能力不足,制約了電池多樣性設(shè)計(jì)及大面積電池模塊的運(yùn)輸、安裝及使用。近年來,一種新型纖維DSSC受到廣泛關(guān)注。它以導(dǎo)電纖維為工作電極基底,通過纏繞或編織方式

2、組裝成器件。該電池柔性可編織的特性,極大地方便了太陽能電池的應(yīng)用。
　　纖維DSSC首次引入了高曲率的電極基底,而其導(dǎo)致的復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)變給器件優(yōu)化及其內(nèi)部工作機(jī)理研究帶來了新挑戰(zhàn),同時(shí)也將電極基底由傳統(tǒng)的鈦、不銹鋼等拓展至更寬泛的材料范圍。研究基于無應(yīng)變理想結(jié)構(gòu)提出了液態(tài)纖維DSSC電池的等效電路模型。在已建立的等效模型指導(dǎo)下,進(jìn)而通過電鍍和化學(xué)鍍,分別在導(dǎo)電材料和不導(dǎo)電材料表面沉積,制備了低成本無ITO的Ni基復(fù)合纖維電極,并首次

3、將其應(yīng)用于纖維DSSC,從而避免了Ti、Fe等金屬成型需要高溫以及難以與其它纖維復(fù)合等缺點(diǎn)。研究內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn):
　?、傺芯炕跓o應(yīng)變理想結(jié)構(gòu)提出液態(tài)纖維DSSC器件的理想等效電路模型。結(jié)果表明:與模型推導(dǎo)一致,纖維DSSC電解液層傳輸性質(zhì)與平板器件相似。與平板器件不同,低頻下實(shí)部阻抗隨TiO2薄膜厚度的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。相關(guān)研究結(jié)果給纖維DSSC電池性能的進(jìn)一步優(yōu)化提供理論指導(dǎo);
　?、谘芯客ㄟ^電鍍在金屬導(dǎo)

4、電纖維上沉積出鎳基復(fù)合纖維基底,應(yīng)用于纖維DSSC。研究發(fā)現(xiàn):Ni層形貌以及ZnO納米棒陣列結(jié)構(gòu)對性能有較大影響。當(dāng)電壓=3.7V且[Zn2+]=0.05 M時(shí),所得ZnO基纖維光陽極性能與傳統(tǒng)的Ti絲、不銹鋼絲相當(dāng)。類似技術(shù)有助于開發(fā)系列纖維DSSC領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的基底材料;
　?、垩芯客ㄟ^化學(xué)鍍在不導(dǎo)電纖維,網(wǎng)狀和靜脈結(jié)構(gòu)表面制備得鍍鎳基底,應(yīng)用于纖維DSSC。研究發(fā)現(xiàn):Ni/聚合物復(fù)合光陽極性能與傳統(tǒng)Fe和 Ti電極相當(dāng)。