新型柔性对电极及其在DSSC上的应用

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随着不可再生产生污染的化石能源日渐衰竭,太阳能作为广泛分布、清洁再生的绿色能源成为解决人类能源危机的重要解决方案。染料敏化太阳电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)是一种制备工艺相对简单、成本低廉、环境友好、原材料极其丰富的具有广泛前景的光伏电池,吸引了众多科学家和企业的研究。传统的染料敏化太阳电池以FTO导电玻璃等硬质材料作为导电基板,这类导电基板不可弯曲、制作工艺复杂且易碎。随着可穿戴设备的增加,新型柔性基板以其可折叠、易携带、质量小等优点成为当前的研究热点。对电极传统材料为金属铂(Pt),由于Pt储量稀少,价格昂贵,属于贵重金属,且容易被电解液中的I/I腐蚀,这些特点限制了染料敏化太阳电池的发展。开发储量丰富、价格低廉、环境友好、原材料丰富的新型对电极材料具有实际应用的意义,成为当前的研究热点之一。本文将围绕开发新型柔性碳材料对电极进行研究。首先制备了染料敏化太阳电池的柔性导电基板,在银纳米线柔性导电基板的基础上,尝试引入铜纳米线导电层。导电层由银-铜纳米线组成,并使用了喷涂法和滴涂法两种制备方法。研究比较了不同结构柔性基板的导电性和透光性,加入铜纳米材料后对银纳米柔性基板的导电性有明显改善,电阻最高降低79%,加入铜纳米线后透光性有所降低。基板电阻的降低有利于电荷在电路中的传输,减少电子损耗,实验制备的柔性聚合物导电基板弯折性能好,多次弯折情况下导电性能稳定,有利于维持染料敏化太阳电池的系统稳定性。其次探究了石墨、碳黑等碳材料制备新型柔性对电极,并研究其电池特性。并通过改进浆料,以质量比为4:1混合制备了石墨、碳黑对电极,引入TiO2胶体加强了碳材料与基板的结合能力并提高了其效率。碳材料同时展现了优异的导电性能,将碳材料涂覆在基板上,基板方块电阻的下降幅度均超过50%。最后将研究制备的碳浆涂覆在传统FTO基板上,组装的电池获得的光电转换效率为7.33%,接近同等情况下传统Pt电极7.7%的效率值,碳材料在金属纳米线柔性基板上制得的柔性对电极获的最高电池效率为5.4%,达到Pt硬基板对电极制备电池效率值的70%。实验中同时研究了同等浓度的碳浆料不同滴加量对电池的影响。
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