染料电池插层磷酸锆复合电解质及光电/热电复合器件研究

摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型太阳能电池，具有成本低（硅电池成本的1/5～1/10）、理论转换效率高、制备工艺简单等众多优点，被认为是硅太阳能电池最有力的竞争者。经过多年的研究与开发，染料敏化太阳能电池已经逐渐走向大规模产业化，但是液态电解质电池不良的工作稳定性和仍需提高的光电转换效率仍旧是染料敏化太阳能电池亟待解决的两大问题。
　　传统的液态电解质具有较高的离子迁移率，但是电解质本身具有很强的氧化性和腐蚀性。这使得电池在长期工作条件下，电解质容易发生泄漏，电池失效率较高。针对液态电解质电池不良的工作稳定性，本文研究了一种新型的应用于染料敏化太阳能电池的二维插层磷酸锆复合凝胶电解质.磷酸锆通过插层反应使其层间距增大,然后被加入到聚氧化乙烯(PEO)凝胶中得到复合凝胶电解质。通过对不同的磷酸锆含量的电解质及其光电器件的离子扩散系数、电导率、暗电流、传质电阻和光电转换效率做出系统的分析测试，结果表明，二维插层磷酸锆的添加能提高电解质在常温下的离子电导率和离子扩散系数。由最优磷酸锆含量的凝胶电解质组装的染料敏化太阳能电池获得了6.61％的光转化效率(AM1.5G，100 mW/cm2，25℃)。
　　针对染料敏化太阳能电池不高的光电转换效率，本文分析了导致其转化效率不高的原因——对太阳光相对较窄的光谱吸收范围和较低的吸收率。据此，本文研究了一种新的染料敏化太阳能电池/温差电池复合器件。通过把染料敏化太阳能电池（DSSC），选择性吸收涂层（SSA）和温差发电模块（TEG）结合，制成的光电/热电复合器件（DSSC/SSA/TEG）获得了稳定、良好的工作效果和很高的光电转换效率。器件顶部的染料敏化太阳能电池吸收利用了短波长的太阳辐射，把长波长的太阳辐射透射到中部的选择性吸收涂层上，底部的温差发电模块在热流和温差的作用下与DSSC协同工作，在5.76cm2和6.25mm2面积器件上分别获得了7.41%和13.72%的光电转化效率(AM1.5G，100 mW/cm2，25℃)。

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第一章 绪论

1.1 染料敏化太阳能电池的发展历史和研究现状

1.1.1 半导体光阳极

1.1.2电解质

1.1.3敏化剂

1.1.4 对电极

1.2 半固态染料敏化太阳能电池

1.3 复合光电能源器件

1.4课题的提出及意义

第二章 半固态插层磷酸锆复合电解质的研究

2.1半固态插层磷酸锆复合电解质的制备和表征

2.1.1实验原料及仪器

2.1.2半固态插层磷酸锆复合电解质的制备

2.1.3 微结构表征

2.1.4 电化学交流阻抗测试

2.1.5 离子扩散系数

2.2半固态染料敏化太阳能电池的制备和表征

2.2.1 实验原料及仪器

2.2.2 半固态染料敏化太阳能电池的制备

2.2.3 微结构表征

2.2.4 暗电流

2.2.5 光电转换效率

2.3 本章小结

第三章 光电/热电复合器件的研究

3.1复合器件的结构和工作原理

3.2复合器件的制造方法

3.3测试结果与分析

3.3.1 DSSC和SSA的透过谱和吸收谱

3.3.2 大面积DSSC/TEG测试与分析

3.3.3 大面积DSSC/SSA/TEG测试与分析

3.3.4小面积DSSC/TEG测试与分析

3.3.5小面积DSSC/SSA/TEG测试与分析

3.4 本章小结

第四章 结语

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果