染料敏化太阳能电池纺织品的设计研究

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纺织服装领域正在跨越传统,从传统基本功能向更智能化转型。智能纺织需要交叉学科、多领域的知识共同研究。其中智能化的基础——能源的来源,在不可再生资源日益缺乏的今天尤为重要,亟需使用清洁能源。染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为第三代太阳能电池,因其成本低、制作简单、可调节的颜色特征等优势,成为替代传统硬质单晶硅太阳能电池的选择之一。本论文以染料敏化太阳能电池纺织品的设计研究作为研究方向,从光阳极材料的制备到柔性纺织基DSSCs的探索,到与自制功能性服装相结合进行研究。通过使用纺织技术——静电纺丝技术,分别制备了纤维状Ti O2、Zn O/Ti O2复合纤维作为DSSCs光阳极材料来探究电池的光伏性能。研究发现,通过静电纺丝制备纤维状Ti O2能够提升光生电子在光阳极中的转移速率,降低电阻,并且比由商用Ti O2制成的光阳极材料电池的光电转换效率高。另外通过静电纺丝制备Zn O/Ti O2复合纤维,材料的比表面积随Zn O的加入先增大后减小,且在Zn O:Ti O2=2:1时,比表面积较大。因Zn O的加入使得光阳极材料与电解质界面阻抗有所减低,随着添加量的增加,电阻有增大的趋势。当掺杂比例为Zn O:Ti O2=1:2时,此时光阳极材料/电解质界面电阻最小,获得的效果最佳,电池的光电转换效率为3.66%,在所有样品中效率最高。柔性纺织基DSSCs通过使用镀铜镍织物作为光阳极基底,配合使用自制的高效率的光阳极材料,使用碳涂层的氧化铟锡(ITO/C)对电极进行纺织基DSSCs的探索。研究发现,使用镀铜镍织物的DSSCs的光电转换效率较低,仅为0.73%。镀铜镍织物作为基底时,煅烧后方阻增加了80.3%,力学性能下降了96%,作为DSSCs基底还具有很大提升空间。最后,染料敏化太阳能纺织品(太阳能功能性服装)不仅需要材料的创新制备,还需结合服装材料学、Style 3D知识、ET服装打板等多方面知识进行制作。文章中分别从太阳能功能性服装的设计点、服装面料的选择、太阳能电池及功能性部件安装位置的确定等方面对DSSCs在纺织领域应用进行研究展望。
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