纳晶染料敏化太阳能电池光阳极制备及新型电解质研究

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2022-5-22 21:55 上传

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纳晶染料敏化多孔膜太阳能电池由于廉价高效等特点，近年来得到迅猛的发展，对它的研究成为目前国际上研究的热点之一。纳晶染料敏化多孔膜太阳能电池是一个多组分复合体系，每一部分对电池的最终性能都有很大的影响。本文首先研究了纳米TiO2多孔膜光阳极的制备工艺，这是实现组装高效率太阳能电池的基础。为了面向生产实用化的需求，实验中采用了丝网印刷技术，这涉及到浆料的制备问题，通过研究浆料中纳米二氧化钛的浓度、添加剂的种类以及含量对多孔膜及电池的影响，获得了制备高效太阳能电池最优的浆料。为了进一步完善多孔膜的制备工艺，又研究了TiO2多孔膜厚度（层数）及烧结工艺对电池性能的影响。此外，还用MgO和TiCl4溶液对多孔膜进行改性，并探讨了改性提高电池光电转换效率的机理。针对目前高效染料敏化太阳能电池所用液态电解质带有毒性、易挥发、泄漏等问题，研究制备了环保、无毒性的LiI/乙醇体系电解质。并将其应用到染料敏化太阳能电池中，通过优化碘化锂、单质碘和4-叔丁基吡啶等添加剂的浓度使电池达到最优的性能，同时研究了各组份影响电解质及电池性能的机理。在此基础上进一步制备了LiI/乙醇/纳米SiO2体系准固态电解质，用其组装的染料敏化太阳能电池光电转换效率达到了6.1％。它继承了液体电解质无毒、高效的优点，同时缓解了电解质的泄漏问题，这对解决电池封装、降低生产成本、提高电池的稳定性具有十分深远的意义。另外，尝试了大面积染料敏化太阳能电池的制备，为实现染料敏化太阳能电池真正大规模工业生产提供了素材。初步探讨导致大面积电池效率急剧降低的原因，通过优化大面积电池的结构设计使电池的整体效率得到了提高，为染料敏化太阳能电池走向真正的实用化和商业化打下了基础。