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基于导电聚合物对电极的双面染料敏化太阳能电池研究

作　者: 李艳
导　师: 吴季怀
学　校: 华侨大学
专　业: 材料学
关键词: 染料敏化太阳能电池 双面辐照 透明对电极 导电聚合物 聚苯胺
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


能源问题是本世纪亟待解决的问题之一。随着煤、石油和天然气的日益消耗，新能源如太阳能、风能、核能、氢能、潮汐能、生物能等得到了人类的广泛关注。太阳能因其具有清洁、可循环利用、取之不尽用之不竭的特点备受关注，因此开发和利用太阳能是解决全球能源危机的重要途径。鉴于硅太阳能电池的高制备成本阻碍了商业发展，染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)其因清洁、低成本、高光电转换效率、简单的制造工艺、高稳定性等优点广泛吸引了全球科学家的研究兴趣。然而提高DSSC的光电转换效率一直存在瓶颈，由透明对电极组成的双面辐照染料敏化太阳能电池(Bifacial dye-sensitizedsolar cell，BDSSC)能很好的解决这一难题。太阳光可以同时从BDSSC的阳极和对电极入射，更多的染料分子被激发，更多的光致电子载体产生，BDSSC的光电转换效率进一步提高。BDSSC的双面同时辐照理念为提高DSSC的光伏性能提供了一种新的方法，同时也适用于其他透明电极组成的光伏系统。本文阐述了以下三个方面的研究工作，第三章电化学沉积法制备PANI对电极及其在BDSSC中的应用，第四章化学沉积法制备PANI对电极及其在BDSSC中的应用，第五章附着性能优异且透明的PANI对电极的制备及其在BDSSC中的应用。本文的研究工作具体如下：1)通过电化学沉积法，直接在导电玻璃FTO基体上制备聚苯胺膜（PANI(ECD)）。通过UV-vis透射光谱分析，分析得PANI(ECD)对电极的透光率只有3%，同时辐照基于PANI(ECD)对电极的BDSSC的光电转换效率(5.78%)和单独正面辐照BDSSC的光电转换效率(5.51%)差不多，实验结果表明非透明对电极不适用于BDSSC。2)为提高对电极的透光率，采用制备方法简单的化学沉积法制备透明PANI(CD)对电极。该方法制备的PANI(CD)对电极在350-800nm的透光率较PANI(ECD)对电极有很大提高，在510nm处，其最高透光率达56.05%。基于PANI(CD)对电极的BDSSC，背面辐照时的光电效率较PANI(ECD)对电极提高了713.5%。同时此方法制备的PANI(CD)对电极与基体结合性有所改善。3)为进一步降低聚苯胺对电极的阻抗、加速PANI膜与基体FTO间的电荷传输，采用自组装多层膜技术先对导电玻璃FTO基体进行预处理，并采用化学沉积法制备聚苯胺对电极（4-ATP/PANI(CD)）。此方法制备的4-ATP/PANI(CD)对电极的欧姆串联阻抗、电荷转移阻抗和透光率均得到进一步改善，基于4-ATP/PANI(CD)对电极的BDSSC双面同时辐照的光电转换效率(7.78%)较Pt对电极提高了5.0%，较PANI(CD)对电极提高了10.7%。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 BDSSC 的结构及工作原理  11-12
    1.2.1 BDSSC 的结构  11
    1.2.2 BDSSC 的工作原理  11-12
  1.3 BDSSC 的研究进展  12-18
    1.3.1 BDSSC 光阳极的研究进展  12-13
    1.3.2 BDSSC 染料的研究进展  13-14
    1.3.3 BDSSC 电解质的研究进展  14-15
    1.3.4 BDSSC 对电极的研究进展  15-18
  1.4 BDSSC 的优势及所面临的问题和挑战  18-19
  1.5 本课题内容及创新  19-22
    1.5.1 研究内容  19-20
    1.5.2 创新性  20-22
第2章 BDSSC 的制备及性能表征  22-26
  2.1 BDSSC 的制备  22-24
    2.1.1 阳极膜的制备  22-23
    2.1.2 染料的配置及阳极膜的敏化  23
    2.1.3 液态电解质的配置  23
    2.1.4 传统 Pt 电极的制备  23-24
  2.2 BDSSC 的组装和测试  24-25
    2.2.1 BDSSC 的组装  24
    2.2.2 BDSSC 光电转换性能测试  24
    2.2.3 电极电化学性能测试  24-25
  2.3 材料的测试和表征方法  25-26
    2.3.1 扫描电镜 (SEM)  25
    2.3.2 原子力显微镜(AFM) 测试  25
    2.3.3 UV-vis 光谱分析  25-26
第3章 电化学沉积法制备 PANI 对电极及在 BDSSC 中的应用  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 实验部分  26-28
    3.2.1 药品部分  26-27
    3.2.2 PANI 对电极的电化学沉积法制备  27
    3.2.3 BDSSC 的组装及测试表征  27-28
  3.3 结果与讨论  28-32
    3.3.1 SEM 的表面形貌表征  28
    3.3.2 UV-vis 透射光谱分析  28-29
    3.3.3 电化学活性表征  29-30
    3.3.4 I-V 测试  30-32
  3.4 结论  32-34
第4章 化学沉积法制备 PANI 对电极及在 BDSSC 中的应用  34-42
  4.1 引言  34-35
  4.2 实验部分  35-36
    4.2.1 实验药品  35
    4.2.2 PANI 对电极的化学沉积法制备  35
    4.2.3 BDSSC 的组装及测试表征  35-36
  4.3 结果与讨论  36-41
    4.3.1 SEM 的表面形貌表征  36-37
    4.3.2 UV-vis 光谱分析  37
    4.3.3 电化学活性表征  37-38
    4.3.4 I-V 测试  38-41
  4.4 结论  41-42
第5章 4-ATP/PANI 对电极的制备及在 BDSSC 中的应用  42-54
  5.1 引言  42-43
  5.2 实验部分  43-44
    5.2.1 实验药品  43
    5.2.2 PANI 对电极的制备  43-44
    5.2.3 BDSSC 的组装及测试表征  44
  5.3 结果与讨论  44-51
    5.3.1 SEM 的表面形貌表征  44-45
    5.3.2 AFM 的表面形貌表征  45-46
    5.3.3 光学性能分析  46-47
    5.3.4 电化学活性表征  47-49
    5.3.5 I-V 测试  49-51
  5.5 结论  51-54
参考文献  54-68
致谢  68-70
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  70-71

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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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