基于聚合物异质结的染料敏化太阳能电池研究

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聚合物太阳能电池(PSC)和染料敏化二氧化钛纳晶太阳能电池(DSSC)是近年来太阳能电池研究的热点。将聚合物电池的关键部件——聚合物异质结应用于染料敏化太阳能电池,该异质结既可代替染料敏化电池的液体电解质,也可部分替代染料敏化电池的染料,从而提高了电池的效率,简化制备工艺,降低了器件成本,具有重要意义。基于上述思路,本文组装了三种太阳能电池,研究材料制备、组成、结构和太阳能电池光电性能的关系,获得较好的结果。本文的主要内容如下:   第一章,分别对染料敏化太阳能电池和聚合物太阳能电池作了综述,并对其基本结构和工作原理,以及影响因素进行了系统总结。   第二章,重点对异质结聚合物太阳电池的电池结构、制备流程、性能测试和表征方法进行系统阐述。   第三章,基于PCBM/P3HT异质结的染料敏化太阳能电池。以聚3–己基噻吩(P3HT)和与C60的衍生物6,6–苯基–C61丁酸甲酯(PCBM)的异质结代替I–/I3–氧化还原电解质作为载流子传输介质,组装一种基于PCBM/P3HT异质结的染料敏化太阳能电池。并用SEM、UV-Vis、IPCE等波谱技术对其复合膜作了表征。研究了PCBM/P3HT比例、光照时间和阻挡层对电池光电性能的影响。结果表明:PCBM和P3HT共混后,形成异质结体系,能隙变窄,共轭程度和导电性增强;加入阻挡层,在100mW·cm-2光照条件下,电池的短路电流为5.52 mA·cm-2,光电转换效率为3.09%。   第四章,基于PCBM/P3HT异质结的杂化太阳能电池。以PCBM/P3HT代替I–/I3–氧化还原电解质作为载流子传输介质并代替敏化染料,组装一种无染料无电解质的基于PCBM/P3HT异质结的杂化太阳能电池,并用UV-Vis、IPCE、PL等波谱技术作了表征。研究了温度、阻挡层和PCBM/P3HT比例等对电池光电性能的影响。结果表明:PCBM和P3HT共混后,不但具有PCBM对紫外光的吸收特性,而且具有P3HT在可见光、近红外的吸收特性;加入阻挡层后的杂化电池在100mW·cm-2光照条件下,电池的短路电流为5.47 mA·cm-2,光电转换效率为2.97%。没有经过染料敏化的电池效率仅降低了3.3%,这表明,PCBM/P3HT异质结不仅具有载流子传输功能,还具有光敏化作用,简化了太阳能电池制备工艺,进一步降低电池的成本。   第五章,基于PCBM/P3HT异质结的染料敏化柔性太阳能电池。相同条件下以柔性导电基体制备PCBM/P3HT异质结柔性太阳能电池,并用IR、UV-Vis等波谱技术对其复合膜作了表征,并研究了光照时间和PCBM/P3HT质量比对柔性太阳电池性能的影响。结果表明:聚合物柔性太阳电池光电转换效率达到1.43%,虽然和目前聚合物电池最高效率的5%和柔性的3%相比较低,但为柔性太阳能电池的研究提供了一条新的方法。
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