單基板染料敏化太陽(yáng)能電池研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池（Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs）自1991年首次由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）提出以來(lái)，相關(guān)研究一直受到世界各國(guó)研究人員的廣泛關(guān)注，其研究領(lǐng)域涉及電化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、納米材料等。目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)試器件的最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)12％，由于其制備工藝簡(jiǎn)單、原材料價(jià)格低廉，并能制備成柔性器件和彩色透明器件等特點(diǎn)，一直被視為第三代太陽(yáng)能電池中最具應(yīng)用前景的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)。自2000

2、年以來(lái)，DSSCs的商業(yè)化進(jìn)程也發(fā)展迅速，世界各國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)和公司都致力于開(kāi)發(fā)大尺寸應(yīng)用型DSSCs器件，積極推動(dòng)其商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，但是對(duì)于傳統(tǒng)DSSCs，器件的穩(wěn)定性和生產(chǎn)成品率仍然不高，致使其成本優(yōu)勢(shì)一直未能顯現(xiàn)，再者，近年來(lái)硅基太陽(yáng)能電池的成本持續(xù)下降，也給DSSCs的發(fā)展帶了極大的沖擊。為了保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，DSSCs在所用材料和結(jié)構(gòu)上都需要進(jìn)行重大改進(jìn)，以期解決長(zhǎng)期阻礙其發(fā)展的諸如敏化劑脫吸附、電極腐蝕、電解液泄漏等問(wèn)題，

3、并進(jìn)一步降低其材料成本和生產(chǎn)成本。
　　本論文討論了一種具有單基板結(jié)構(gòu)的DSSC器件——基于全印刷技術(shù)及介孔碳對(duì)電極的單基板DSSCs，使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在一塊導(dǎo)電玻璃基板上制備多層材料，以多孔碳對(duì)電極替代傳統(tǒng)的貴金屬鉑、金對(duì)電極，有效降低了器件的材料成本，并采用準(zhǔn)固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，避免了電解質(zhì)的泄露等問(wèn)題。
　　具體研究?jī)?nèi)容包括：
　　對(duì)單基板DSSCs的結(jié)構(gòu)及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在一

4、塊導(dǎo)電玻璃基板上一次性制備4×5片小尺寸測(cè)試電池，通過(guò)控制印刷參數(shù)及次數(shù)來(lái)控制二氧化鈦工作電極、二氧化鋯間隔層及碳對(duì)電極的厚度，分析討論了單基板DSSCs對(duì)間隔層和對(duì)電極材料的性能要求，如孔隙率、反射率、導(dǎo)電性和催化活性等，并研究了不同厚度工作電極、間隔層和對(duì)電極對(duì)器件性能的影響；
　　在傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)中加入聚合物（聚環(huán)氧乙烷和（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）共聚物）作為凝膠劑，并優(yōu)化了氧化還原電對(duì)（1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘和碘）的

5、配比，開(kāi)發(fā)出一種不含碘（Iodine-free）的凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，該凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)在可見(jiàn)光區(qū)域（400~800 nm）幾乎無(wú)吸收，相較于傳統(tǒng)含有碘的電解質(zhì)，所組裝的器件在400~500 nm區(qū)域?qū)θ肷涔獾睦寐矢?，?biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照射下可獲得6.97％的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)電化學(xué)分析測(cè)試，詳細(xì)分析討論了該電解質(zhì)中各組分對(duì)器件性能的影響；
　　合成了一種咪唑型聚離子液體，聚（1-丙基-3-乙烯咪唑碘），將其以1:1的比例溶解在乙腈

6、中，制備出一種凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì)并組裝電池，該聚離子液體作為電解質(zhì)體系中唯一的電荷載體，不僅能維持器件高效地工作，還能起到凝膠劑的作用。通過(guò)紅外光譜、核磁共振等測(cè)試分析了該離子液體的結(jié)構(gòu)，并研究了含有不同烷基鏈的聚離子液體對(duì)所制備器件性能的影響；
　　使用石墨烯納米片對(duì)普通石墨/碳黑復(fù)合碳對(duì)電極進(jìn)行表面修飾，在厚度約20μm的條件下，石墨烯修飾碳對(duì)電極可以獲得與導(dǎo)電玻璃基板相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電率，約15Ω/□。使用X射線(xiàn)衍射圖譜、拉曼光譜及