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染料敏化太阳能电池织物对电极的制备及性能研究

李梅霞  
【摘要】:染料敏化太阳能电池(DSSC)由于制备方法简单,成本较低,转换效率高,环境友好等优点受到研究者的关注。染料敏化太阳能电池主要有光阳极,对电极和电解质等组成。其对电极主要用于收集电子,加速电解质溶液中I-/I3-与对电极之间的电子交换速度。而传统的对电极多以FTO或ITO的导电玻璃为基材,并在上面镀一层铂作为催化材料,由于导电玻璃质量重,易破碎,并且制备方法复杂,而金属铂又是贵重金属,价格昂贵且储存量较少等限制了染料敏化太阳能电池的商业化发展。本论文围绕着DSSC对电极非铂柔性化发展问题开展研究,以日常用的棉布为原基材,采用化学镀方法使棉布金属化,分别利用原位聚合,电化学聚合的方法在金属化织物上制备聚吡咯(PPy)和利用电化学沉积硫化镍(Ni S)的方法在金属化织物上制备非铂的催化层,从而组装织物对电极染料敏化太阳能电池。利用扫描电镜、紫外可见光吸收光谱、红外光谱、X-射线衍射、循环伏安,交流阻抗,I-V曲线等表征方法来分析制备的织物对电极的性能。主要结论如下:(1)我们在日常用的棉布镀镍作为DSSC的导电基材,在其上原位聚合聚吡咯作为催化层材料来制备新颖的DSSC织物对电极,这种织物对电极对减少I3‐浓度具有较好的催化活性。用织物对电极制备的DSSC的光电转换效率在AM1.5的光强下达到了3.30%。我们的研究结果表明聚吡咯/镍复合的织物对电极是一种很有发展前景的非铂对电极的替代品,他不仅具有较好的柔性,而且质量轻,价格便宜,携带方便,生产成本低,降低了DSSCs的运输成本。(2)电化学聚合方法在镀镍布上合成PPy并作为DSSC的对电极,这种电化学聚合方法得到的PPy膜具有多孔疏松结构,有利于催化I3-的反应。在AM1.5的光照下,其组装的DSSC光电转换效率为3.91%。该电极材料具有较好的电化学性能。(3)过渡金属硫化物具有特殊的结构性能,利用电化学沉积的方法在镀镍不上沉积硫化镍制备织物对电极,组装的DSSC在AM1.5的光照下其光电转换效率为1.7%。其性能还需要进一步的改进和研究。


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