锰复合基全固态纤维染料敏化太阳能电池的制备研究

【摘要】：太阳能是一种成本低廉、能够再生的绿色能源,其有望成为世界性能源。染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC)具有制作成本低廉、原料储备丰富等优点,故其成为太阳能电池领域研究的热点。最初研究者采用硬质平板作为DSSC的光阳极基底,考虑到硬质平板具有一些不足,如采用的导电玻璃容易破碎、极高的硬度等,故其严重阻碍了硬质平板DSSC的大规模运输使用。近年来,一种新型纤维状的DSSC吸引了研究者的广泛关注。研究者将高弯曲率纤维电极引入全固态纤维DSSC中,给光伏器件结构的研究以及性能的优化带来了一系列新的问题,同时也使电极基底材料的选择范围变宽了。考虑到传统的电极材料Ti、Fe具有高熔点、高的质量、难以与其他基底复合等缺陷,而金属锰具有价格便宜、质量轻、优良耐腐蚀性、导电性好、低功函数等优点。于是本研究采用新型锰材料作为全固态纤维DSSC的基底材料,可以进一步降低电池的成本,拓宽电极基底的应用范围。本研究通过电镀技术和化学镀技术,分别在导电金属纤维材料和不导电聚合物纤维材料表面沉积,制备了价格低廉、不适用导电玻璃的Mn复合纤维电极,并首次将该电极应用于全固态纤维染料敏化太阳能电池中。研究内容主要包括以下几点:①研究采用电镀技术在金属导电纤维铜丝上制备了锰基复合纤维基底,并首次应用于全固态纤维DSSC。研究发现,Mn层形貌以及Zn O纳米阵列结构对电池的光电性能有很大的影响,当电压=3.1V,时间=3min且[Zn2+]=0.04M时,所得全固态Zn O基纤维电池的光电性能最好,高于基于传统的Ti纤维丝、不锈钢纤维丝电池的性能;另外,基于钛、铁金属丝上镀锰得到的锰复合纤维全固态电池性能都比原来的金属纤维全固态电池性能提高了;工作电极和对电极之间的压力对电池性能的影响测试表明,最优压力为0.1MPa;全固态电池的稳定性测试表明,电池储存3000h后,性能没有明显的衰减。类似的工艺可以开发出一类在全固态纤维DSSC领域有应用前景的新型基底材料;②研究通过电镀和化学镀相结合的技术在不导电聚合物PBT聚合物纤维表面制备了PBT/Cu/Mn复合基底,并首次应用于全固态纤维DSSC。研究发现,Mn层形貌对电池的光电性能有很大的影响,当电压=3.8V,时间=1min且[Cu2+]=0.034M时,所得PBT/Cu/Mn复合电极制备的全固态电池的光电性能与传统Ti纤维电极全固态电池性能相当。 【关键词】：全固态纤维染料敏化太阳能电池 电化学镀技术 锰复合纤维电极
【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4-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 太阳能电池的研究进展10-13
• 1.2.1 无机太阳能电池10-12
• 1.2.2 有机太阳能电池12
• 1.2.3 无机-有机杂化太阳能电池12-13
• 1.3 新型染料敏化太阳能电池的研究进展13-23
• 1.3.1 DSSC的基本结构13-15
• 1.3.2 DSSC的工作原理15-17
• 1.3.3 柔性DSSC光阳极基底的研究进展17-20
• 1.3.4 全固态纤维基DSSC光阳极的研究进展20-23
• 1.4 研究内容及创新点23-24
• 1.4.1 研究内容23
• 1.4.2 创新点23-24
• 2 实验部分24-32
• 2.1 材料、试剂和仪器24-25
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 实验试剂24
• 2.1.3 实验仪器24-25
• 2.2 全固态纤维DSSC的制备25-29
• 2.2.1 金属光阳极基底的制备26-27
• 2.2.2 非金属光阳极基底的制备27-28
• 2.2.3 光阳极半导体氧化锌纳米阵列的制备28-29
• 2.2.4 光敏染料的制备29
• 2.2.5 全固态电解质的制备29
• 2.2.6 全固态电池的组装29
• 2.3 分析及测试29-32
• 2.3.1 结构形貌表征29-30
• 2.3.2 光电化学特性测试30-31
• 2.3.3 电化学分析31-32
• 3 Cu/Mn复合纤维全固态DSSC的湿法制备32-47
• 3.1 Cu/Mn纤维在全固态DSSC中的应用32-33
• 3.2 不同电镀锰电压对全固态电池性能的影响33-38
• 3.2.1 不同电镀电压对金属锰层形貌的影响34-35
• 3.2.2 不同锰层形貌对全固态电池性能的影响35-36
• 3.2.3 电化学分析36-37
• 3.2.4 紫外光谱分析37-38
• 3.3 不同电镀锰时间对全固态电池性能的影响38-40
• 3.3.1 不同电镀时间对金属锰层形貌的影响38
• 3.3.2 不同锰层形貌对全固态电池性能的影响38-39
• 3.3.3 电化学分析39-40
• 3.4 ZnO纳米棒阵列结构对全固态电池性能的影响40-43
• 3.4.1 不同水热条件对ZnO结构的影响40-41
• 3.4.2 不同Zn O结构对全固态DSSC电池性能的影响41-42
• 3.4.3 电化学分析42-43
• 3.5 不同基底形貌对氧化锌纳米棒的影响43-44
• 3.6 全固态锰基电池的稳定性测试44-45
• 3.7 本章小结45-47
• 4 PBT/Cu/Mn复合纤维全固态DSSC的湿法制备47-54
• 4.1 PBT/Cu/Mn纤维在全固态DSSC中的应用47-49
• 4.2 不同主盐浓度对全固态电池性能的影响49-51
• 4.2.1 不同主盐浓度对锰基形貌的影响49-50
• 4.2.2 不同锰基形貌对全固态电池性能的影响50-51
• 4.3 不同电镀条件对全固态电池性能的影响51-53
• 4.3.1 不同电镀时间对全固态DSSC性能的影响51-52
• 4.3.2 不同电镀电压对全固态DSSC性能的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 结论与展望54-55
• 5.1 结论54
• 5.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-62
• 附录62
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文62
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目62

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