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染料敏化太阳电能池由于其制备工艺简单,制造成本低廉,成为近年来太阳能光电转换领域的研究热点。本文在大量文献调研的基础上,重点研究了聚合物在染料敏化太阳电能池中的应用,主要工作如下:
1.采用光照化学氧化聚合法制备出低聚3-噻吩甲酸,研究了其相关光化学和光物理性质。结果表明,低聚3-噻吩甲酸对纳晶二氧化钛膜电极具有一定的敏化能力,以其为染料敏化剂组装的太阳能电池的光电转换效率为0.12%,具有较好的光稳定性,是一种潜在的聚合物染料。
2.采用化学氧化聚合法制备了聚吡咯-碳纳米管复合物,通过光谱和电化学等技术对该复合物进行了详细的表征。结果显示,复合物为聚吡咯包覆在碳纳米管上,形成以碳纳米管为“核”,聚吡咯为“壳”的“核-壳”结构。此外,碳纳米管的掺入,使复合物的导电性能和热稳定性能得到显著提高。将聚吡咯-碳纳米管复合物应用于制备全固态染料敏化太阳能电池,表现出较纯聚吡咯优异的光电转换性能,其光电转换效率提高了8倍多。经过进一步的条件优化,使用碳对电极时,较使用铂对电极可以明显增大电池的填充因子及光电转换效率,其中当碳纳米管含量为8.6%时,光电转换效率达到最大的0.28%。并发现聚合物的导电性决定着电池最终的光电转换效率。
3.采用化学氧化聚合法制备了聚N-甲基苯胺-碳纳米管复合物,使用红外光谱、紫外光谱、透射电镜和电化学技术等对该复合物进行了详细的表征。研究发现碳纳米管的掺入对聚N-甲基苯胺-碳纳米管复合物电导率的提升较为显著。将其作为固态电荷传输材料应用于染料敏化太阳能电池,结果显示,所组装的电池具有较高的填充因子,其中最高达到了0.54。当碳纳米管含量为17.8%时,所组装电池的光电转换效率达到最大的0.22%。