锌基纤维染料敏化太阳能电池的制备研究

【摘要】：当今,能源问题日益凸显,对新能源的研发已迫在眉睫。染料敏化太阳能电池因其原料来源丰富、光转化效率高、成本较低等优点而受到研究者的广泛关注。为实现染料敏化电池的大规模应用,基底材料的选取尤为重要。而传统的DSSC一般以硬质平板为基底,严重制约了电池多样性的发展。而柔性染料敏化太阳能电池就克服了上述问题。本文选取导电纤维为基底,在其上生长Zn O纳米半导体组装成工作电极,通过缠绕或编织方式组装成电池。组装的柔性染料敏化太阳能电池,可编织性强,空间利用率大,价格低廉,光利用率大。首次在纤维DSSC的研究方面提出了高曲率的电极基底,从而使器件产生了复杂的应力应变的问题,对电池的优化工艺,及电池内部机理的研究带来了新的挑战,于此同时对柔性基底的选择不再局限于钛和不锈钢,而是扩大基底的选择范围,寻求更廉价易得的材料。本文根据无应变的理想结构,提出了液态纤维DSSC的等效电路模型并在该模型的指导下,通过湿法电镀和化学镀工艺,在材料表面沉积金属层,并在基底表面通过简单的水热合成工艺生长Zn O纳米阵列,制备低成本柔性Zn基复合纤维电极。本文的研究内容主要包括以下几点:①Zn具有低功函,导电性好的特点,研究在不适于作基底的材料表面镀锌,并直接生长一层薄的Zn O,能够降低界面缺陷,从而扩大基底材料的选择范围,降低DSSC电池的成本,提高电池的光电转换性能。②研究通过湿法电镀在金属纤维上沉积出锌基复合基底,并生长Zn O纳米棒阵列,组装纤维DSSC。研究发现:不同的Zn层形貌及Zn O纳米棒阵列会对性能产生不同的影响。当电压=2.0 V且[Zn2+]=0.03 M时,所得的纤维光阳极组装的DSSC电池的光电转换性能超过以Ti丝、不锈钢丝为基底的DSSC电池,扩大了电池的基底选择范围。③研究Ti O2致密层对光阳极耐腐蚀性的影响。通过对比电池的I-V曲线,同时采用电化学测试的手段。研究发现:喷涂Ti O2作为光阳极的致密层后,光阳极的耐腐蚀性能提高,但对电池的光电转换效率影响不大,利于延长电池的使用寿命。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 电镀工艺 水热合成 锌基复合纤维电极
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-29
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 太阳能电池的种类9-11
• 1.2.1 硅系太阳能电池系列9-10
• 1.2.2 化合物薄膜太阳能电池系列10-11
• 1.2.3 有机半导体太阳能电池系列11
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池系列11
• 1.3 新型染料敏化太阳能电池的发展11-27
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理11-17
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的发展17-18
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池光阳极的发展历程18-24
• 1.3.4 柔性纤维基底染料敏化太阳能电池光阳极的研究发展24-27
• 1.4 研究内容及创新点27-29
• 1.4.1 研究内容27
• 1.4.2 创新点27-29
• 2 实验部分29-34
• 2.1 材料、试剂和仪器设备29-30
• 2.1.1 实验材料29
• 2.1.2 实验试剂29-30
• 2.1.3 实验仪器设备30
• 2.2 液态纤维染料敏化太阳能电池的制备工艺30-32
• 2.2.1 光阳极的制备工艺30-31
• 2.2.2 光敏化剂和电解质的制备工艺31-32
• 2.2.3 纤维染料敏化太阳能电池的组装32
• 2.3 分析及测试32-34
• 2.3.1 结构形貌及电池性能的表征32-33
• 2.3.2 电化学分析测试33-34
• 3 基于纤维状染料敏化太阳能电池光阳极的制备34-48
• 3.1 不同金属材料制备光阳极应用于DSSC34-36
• 3.1.1 不同金属材料制备光阳极组装成DSSC电池的I-V性能34-36
• 3.1.2 不同金属材料制备基底的电化学阻抗分析36
• 3.2 镀锌基底的应用对电池性能的影响36-40
• 3.2.1 不同电镀电压对金属Zn层形貌的影响36-37
• 3.2.2 不同电镀电压对DSSC性能的影响37-38
• 3.2.3 不同电镀时间对DSSC性能的影响38-39
• 3.2.4 不同电镀电压Cu/Zn复合基底的电化学阻抗分析39
• 3.2.5 不同电镀时间Cu/Zn复合基底的电化学阻抗分析39-40
• 3.3 氧化锌纳米棒阵列对电池性能的影响40-44
• 3.3.1 不同电镀条件对ZnO结构的影响40-41
• 3.3.2 不同水热条件对ZnO结构的影响41
• 3.3.3 不同ZnO结构对DSSC性能的影响41-42
• 3.3.4 不同Cu/Zn/seed的电化学阻抗分析42-43
• 3.3.5 不同Cu/Zn/seed/ZnO纳米阵列的电化学阻抗分析43-44
• 3.4 液态纤维染料敏化太阳能电池稳定性探讨44-46
• 3.4.1 光阳极耐腐蚀性探讨44
• 3.4.2 不同条件下基底的耐腐性验证44-45
• 3.4.3 不同条件下制备的光阳极组装成DSSC的性能曲线45-46
• 3.4.4 电化学分析46
• 3.5 本章小结46-48
• 4 基于网状染料敏化太阳能电池光阳极的制备48-51
• 4.1 网状镀锌基底的应用对电池性能的影响48-50
• 4.1.1 不同电镀电压对网状金属Zn层形貌的影响48-49
• 4.1.2 不同电镀时间对网状金属Zn层形貌的影响49
• 4.1.3 不同电镀电压对网状DSSC性能的影响49-50
• 4.1.4 电化学分析50
• 4.2 本章小结50-51
• 5 结论与展望51-52
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-61
• 附录61

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