聚合物光伏器件和炭气凝胶对电极的制备、优化与机理研究

【摘要】：本论文简要介绍了本体异质结型(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)和染料敏化太阳能电池(DSSCs)的发展近况。在BHJ PSCs的光活性层中,给体和受体的两相分离的聚集态结构是影响PSCs光电转换效率的重要因素。因此,本论文探讨了界面改性剂的加入对PSCs的光活性层的相态结构和光伏性能的影响。在DSSCs中,炭气凝胶对电极具有廉价、高性能和柔性的特征,具有取代铂对电极的巨大潜力。本文设计并制备了不同孔结构的炭气凝胶,并研究了其孔结构对电极的催化还原性能和DSSCs的光伏性能的影响,同时考察了炭气凝胶的活化和载银对DSSCs的光伏性能的影响。主要研究内容如下： 1、以芴和侧链含噁二唑吸电子基团的三噻吩衍生物的共轭聚合物P2为给体,富勒烯的衍生物PCBM为受体,1,8-二碘辛烷和对辛氧基苯甲酸甲酯为界面改性剂,制备了一系列PSCs,探讨了界面改性剂与给体的比例对光活性层的微相分离结构和PSCs的光伏性能的影响。研究结果表明,对于P2/PCBM体系,1,8-二碘辛烷的加入反而不利于PSCs的光伏性能；加入5%含量的对辛氧基苯甲酸甲酯,可有效地完善活性层的互穿网络结构,PSCs的能量转换效率从1.45%提高到了1.93%；但当对辛氧基苯甲酸甲酯过量时,光活性层出现了明显的两相分离现象,大量的双连续相分离结构被破坏,PSCs性能反而下降。 2、设计并制备不同孔结构的炭气凝胶,研究结果表明,随着炭气凝胶的中孔体积增加,炭气凝胶对电极的电化学阻抗降低,催化还原活性增加,以CA3-1对电极制备的DSSCs,其能量转换效率达到相同条件下基于铂对电极的DSSCs的能量转换效率的99%。CA3-1炭气凝胶经过KOH的活化处理后,能有效地增加炭气凝胶的中孔含量,提高炭气凝胶对电极的催化还原活性。 3、以炭气凝胶的前驱体有机气凝胶吸附AgNO3,炭化后成功实现了在炭气凝胶中载银,载银炭气凝胶的中孔体积略有降低。以载银炭气凝胶制备的对电极,其DSSCs的短路电流随光照时间的增长而迅速增大,光照10 min后,DSSCs的短路电流达到最大,其能量转换效率大大超过了以铂对电极制备的DSSCs,其可能的原因是银参与了光电化学反应。 【关键词】：聚合物太阳能电池 界面改性剂 染料敏化太阳能电池 对电极 炭气凝胶
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池(DSSCs)简介10-16
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池原理11-12
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的性能参数12-13
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的影响因素13
• 1.2.4 对电极的研究状况13-16
• 1.3 有机/聚合物太阳能电池发展状况16-23
• 1.3.1 聚合物太阳能电池的器件结构及工作原理16-18
• 1.3.2 共轭聚合物太阳能电池给体材料18-19
• 1.3.3 聚合物太阳能电池电子受体材料19
• 1.3.4 聚合物太阳能电池的性能表征参数19-20
• 1.3.5 聚合物太阳能电池器件效率影响因素20-21
• 1.3.6 提高聚合物太阳能电池性能的方法21-23
• 1.4 本论文的设计思想与研究内容23-24
• 第2章 界面改性剂对活性层的相结构和器件性能的影响研究24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-26
• 2.2.1 仪器和试剂25
• 2.2.2 BHJ聚合物太阳能电池器件的制备25-26
• 2.3 1,8-二碘辛烷作为界面改性剂的器件性能研究26-28
• 2.4 对辛氧基苯甲酸甲酯作为界面改性剂的器件性能研究28-30
• 2.5 不同对辛氧基苯甲酸甲酯含量的活性层表面形貌分析30-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 不同孔径炭气凝胶的制备及其应用于DSSCs柔性对电极的性能研究34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-37
• 3.2.1 仪器和试剂35
• 3.2.2 TiO_2光阳极的制备35
• 3.2.3 炭气凝胶对电极的制备35-36
• 3.2.4 炭气凝胶的制备36-37
• 3.3 实验结果及分析讨论37-48
• 3.3.1 炭气凝胶比表面积及孔径分析37-40
• 3.3.2 六种不同孔结构炭气凝胶的性能研究40-43
• 3.3.3 不同厚度炭气凝胶对电极性能研究43-44
• 3.3.4 炭气凝胶的活化及其电极性能研究44-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 载银炭气凝胶的制备及其应用于DSSCs柔性对电极的性能研究50-56
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 仪器和试剂50
• 4.2.2 载银炭气凝胶的制备50-51
• 4.3 实验结果与讨论51-55
• 4.3.1 载银炭气凝胶对电极SEM形貌分析51-52
• 4.3.2 载银炭气凝胶对电极比表面积及孔径分析52-53
• 4.3.3 载银炭气凝胶对电极的光伏性能53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 总结与展望56-57
• 参考文献57-62
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法62-63
• 附录B 仪器及测试条件和方法63-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间发表论文目录65

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