染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究硕士学位论文.pdf

华侨大学
硕士学位论文
染料敏化太阳能电池石墨对电极和电解质研究
姓名:姜奇伟
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:吴季怀
20070101
论文摘要

论文摘要

染料敏化 TiO2 太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSSC)
作为第三代太阳能装置,具有结构简单、成本低廉、环境友好等优
点,在太阳能的应用上具有重要意义。如何获得更高的光电转换效
率,提高电池稳定性,延长使用寿命一直是研究的焦点问题。
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本论文主要对石墨材料对电极、不同溶剂中 I3 /I 在对电极上的
氧化还原电位以及相关性能进行了研究。主要内容如下:
(1)高性能低成本的石墨对电极研究。用小粒径鳞片石墨,经
过不同的制备方法,制成一系列的石墨电极,获得了一种具有很好的
电化学活性,能使 DSSC 的开路电压和光电效率都超过铂修饰电极的
多孔隙石墨/纳米 TiO2/镍电极。并通过电化学和光电性能测试,分析
了影响 DSSC 对电极性能的相关因素。
(2)设计了一种双池型染料敏化太阳能电池,研究了不同溶剂
对 DSSC 对电极的相关性能以及对 DSSC 的整体光电性能的影响。
DSSC 的对电极作为发生还原反应而传递电子的电极对 DSSC 的性能
有着重要的影响。本论文通过对在不同溶剂中对电极氧化、还原电位
- -
的研究,发现溶剂对于对电极上 I3 /I 的氧化、还原电位有很大的影响。
DSSC 的开路电压(Voc)为 TiO2 费米能级与电解质的还原电位之差,
如果能改善对电极上的氧化还原电位并且不对染料敏化 TiO2 电极的
性能造成不良影响,势必能提高 DSSC 的开路电压,从而提高 DSSC
的光电转换效率。据此原理,设计了一种新型结构的染料敏化太阳能
I
论文摘要
电池——双池型染料敏化太阳能电池。该种电池由于能够使用两种分
别对两个电极相关性能比较有利的含有不同溶剂的电解质,大大的改
善了 DSSC 的光电性能,使开路电压达到了 1020 mV,比原来升高了
220mV,短路电流(ISC)提高了 15%,光电效率相对于传统型 DSSC
提高了 47%。该种电池的发明,为染料敏化太阳能电池的研究提供了
一个新的方法。
(3)研究了含有不同溶剂的准固态双池型 DSSC。结果表明,
与普通的准固态 DSSC 相比,如果采用双池型结构的 DSSC,通过改
变对电极的溶剂,提升对电极的还原电位,可以大幅度的提高准固态
DSSC 的 Voc、ISC 和η。与两电极都只用一种溶剂的普通 DSSC 相比,
其 Voc 提高了 136 mV,ISC 提高了 14%,总的光电效率提高了 37%。

关键词:染料敏化太阳能电池,石墨,对电极,电解质,双池型









II
Abstract
Abstract
The dye-sensitized solar cell (DSSC) is the third-age type of photoelectric
chemical solar cell with simple preparation procedure, low cost, stable
photo-to-electric performance and friendly environment amity, which make it a
good alternative of photon-to-electron devices for solar cell. Recently, many efforts
have been focusing on the enhancement of the photoelectric conversion efficiency
and the improvement of stability of DSSC.
Aiming at the problems above, the influence of graphite counter electrode, the
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oxidize/deoxidize potential of I3 /I couple in different solvents on the photoelectric
performance of DSSC were investigated in this paper. The major work as follows:
(1) The research