基于柔性纤维染料敏化太阳能电池的复合器件及其应用

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体积庞大的刚性能源系统不适用于将来的可穿戴电子器件。为了解决这一问题,研究人员研发了一系列的柔性纤维能源器件,与体积庞大的刚性能源器件相比,柔性纤维器件具有更广阔的应用前景。柔性纤维能源器件可变形、扭曲、弯折甚至拉伸,也可被编织成纺织品和织物,整合到适合人体曲面的不同材料中。众多柔性纤维能源器件中柔性纤维染料敏化太阳能电池(F-DSSCs)具有传统刚性太阳能电池不具备的优势,例如质量轻、取材广、生产造价低廉和应用范围广泛等。基于此,本工作我们引入钛(Ti)纤维作为基底,通过阳极氧化的方式在其表面构筑高度有序的光阳极阵列,进而与纤维对电极组装成F-DSSCs,并将其与其它的器件进行集成,应用于电致变色智能窗(ECD)和蚕丝上转换器件。具体内容如下:(1)F-DSSCs的制备及性能研究。本工作通过阳极氧化的方法在Ti纤维表面刻蚀出高度有序的Ti02纳米管阵列,退火后将其避光浸没在N719溶液中24 h从而得到F-DSSCs的光阳极,对电极用热解法在Ti纤维上覆着一层铂(Pt)。通过这种方式制备的纤维电池,制备工艺简单、成本低廉、电化学稳定性以及机械柔性好,易于大规模制备。(2)基于F-DSSCs的电致变色智能窗(PECSW)的制备及性能研究。PECSW是由大面积的ECD和F-DSSCs构成。由F-DSSCs和ECD集成的复合器件具有传统复合器件不具备的优势。与传统平面堆叠自供能电致变色智能窗结构不同,F-DSSCs被设计为ECD的框架,没有与ECD发生重叠,也没有与ECD对可见光的吸收产生竞争;由于F-DSSCs的光阳极与对电极皆为圆柱纤维状,F-DSSCs电化学性能对入射光的角度依赖性极低,有利于PESCW在建筑物外墙上的安装。(3)基于F-DSSCs的上转换器件的制备。我们设计了一种新型的柔性980 LD-PVC复合器件,由F-DSSCs和具有上转换(UCNPs)功能的PC蚕丝薄膜组成,其中蚕丝薄膜作为上转换后反射增强器。F-DSSCs可以克服刚性平面光伏太阳能电池的缺点,将F-DSSCs编织或集成到织物中,其能维持良好的电化学性能。同时,由于蚕丝材料在PC增强器研发中的应用,使柔性980 LD-PVC复合器件具有更高的功率输出和更好的生物相容性。
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