敏化太阳能电池对电极的制备与研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月FabricationandcharacterizationofcounterelectrodesforsensitizedsolarcellsByYunGongADissertation／ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofScience

2、InstituteofPhysics，ChineseAcademyofSciencesMay，2013摘要染料敏化太阳能电池(DSCs)与硅基太阳能电池相比，除了成本低廉，环境友好，还有非常重要的一点，是其易于柔性化，更易制备大面积的柔性电池模块。在目前的高效率的柔性染料敏化太阳能电池中，光阳极多采用金属基底，这就使得DSCs的对电极需要同时具备催化性、导电性、透明性。所以，需要继续寻找和研究更为方便、高效、易于大规模生产的柔性透明导电的DSCs对电极的制备方法。同时，随着敏化太阳能电池的发展，用量子点代替染料分子作为敏化剂发展的量子点敏化太阳

3、能电池(QDSCs)成为了新一代的热点太阳能电池。对电极作为其中的重要组成部分，对整个电池的光伏性能有很大影响，所以，寻找新的材料和方法来制备高效、稳定、成本低廉的对电极是非常值得人们继续探索和关注。本文即从敏化太阳能电池的对电极切入，围绕着对电极的新材料、新方法的设计、制备、优化和性能研究来开展工作，主要包括以下几个方面：(1)柔性染料敏化太阳能电池对电极的制备。为了避开高温热解法和塑料基底之间温度的矛盾，发展了一种压力转移的方法，将在石墨片上高温制备的Pt颗粒成功的转移到柔性ITO／PET基底上制备成柔性透明Pt对电极，对该柔性Pt对电极的

4、形貌、反应活性、界面电荷转移电阻和透光率进行了检测。压力转移的Pt对电极在I。／I}电解液中显示出良好的催化活性，其正入射和背入射光的效率分别为7．21％和4．86％。可以看出，由转移法制得的拥有高透光率的Pt对电极可以和传统热沉积法制备的Pt电极相比拟。另外，这种制备柔性透明Pt对电极的新方法，由于其低成本、易操作，并且可应用于卷对卷生产技术的特点，在大规模生产中具有潜在的应用价值。(2)染料敏化太阳能电池NiS／FTO多孔膜复合对电极的制备。为了寻找更方便、成本更低的对电极材料及方法，发展了一种通过连续离子层吸收反应(SILAR)方法，在F

5、TO多孔膜上沉积NiS颗粒，从而制备成NiS／FTO复合对电极。这种方法避免了使用如Pt一类的贵金属。而且，由于FTO多孔膜的存在，中国科学院硕士学位论文敏化太阳能电池对电极的制备与研究不仅使得通过SILAR方法沉积的NiS颗粒的数目有了保证，还提高了对电极内部的导电性。本文对该对电极的电化学性质及组成电池的光伏特性进行了表征，其最高效率达到6．94％，与热解Pt对电极的性能非常接近。(3)量子点敏化太阳能电池硫化物／炭黑多孔膜复合对电极的制备。SILAR方法在量子点敏化太阳能电池对电极的制备中运用非常广泛，且是一种非常方便的方法。为了解决SI

6、LAR制备硫化物薄膜不够均匀，且对电极导电性差的问题，本文采用炭黑多孔膜作为骨架，一方面大幅度提高对电极的导电性，另一方面，炭黑也有一定的催化活性，与硫化物复合在一起，对多硫电解液催化活性进一步提高。本文选用CuS、CoS、NiS、PbS分别于炭黑多孔膜复合，并对该类复合对电极的光伏性能及电化学特性都进行了表征。结果表明，CuS在此类对电极中性能最为优异，并在CdS量子点敏化太阳能电池中获得了2．8l％的光电转化效搴。关键词：敏化太阳能电池、柔J『生对电极、复合对电极。硫化物，炭黑AbstractDye—sensitizedsolarcells

7、(DSCs)haveattractedgreatinterestsandtheyareconsideredasapotentialalternativefortraditionalsilicon-basedsolarcells．Besidesbeinglow-costandenvironmentfriendly，DSCsaremoreconvenientinpreparingflexibledevicesthansilicon—basedsolarcells，whichissignificantforthelarge—scalecommerci

8、alapplication．AmongflexibleDSCswithCanhighefficiencies，mostoftheirphotoanod