优化改性染料敏化太阳能电池PEDOT对电极

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染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells,DSSC)是一种既有较高光电转换效率又绿色无污染的太阳能电池。它与量子点敏化太阳能电池和介观型钙钛矿太阳能电池都属于介观型太阳能电池,这种电池中,捕获光能产生光生电子和载流子传输是两个分开的过程,因此不需要p-n结也能产生光伏效应。在DSSC中,对电极的作用主要体现在两个方面:收集和运输电子,吸附并催化氧化还原电对。研究中一般采用Pt作为对电极材料,但Pt对电极的价格高昂且储量有限,所以许多研究致力于新型材料的开发。导电聚合物—聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)拥有催化性、导电性和绿色环保等特性,成为Pt对电极一种良好的替代材料。本论文以优化改性的PEDOT薄膜对电极为研究对象,探讨了其在DSSC中的应用。主要的研究内容及相应结果如下:1)丝网印刷法制备的1到9层PEDOT薄膜对电极随着印刷层数的增加,表面粗糙度增加,电阻减小,透过率下降,在入射波长为400550nm时,印刷1层的PEDOT薄膜平均透过率约为66.3%,印刷9层时,平均透过率低于20%。电池的效率在丝网印刷4层时达到最高,可以达到6.19%。2)旋涂法制备PEDOT薄膜对电极的最佳转速组合为先500rpm(5s)后3000rpm(25s)。旋涂1层时制备的PEDOT基DSSC效率为6.12%,高于旋涂2层(5.47%)。采用DMSO对薄膜进行后处理,一种是在PEDOT薄膜表面直接旋涂DMSO再对薄膜整体进行烘干,另一种是烘干PEDOT薄膜后再旋涂DMSO,前者组装的电池效率后者,两种后处理方式制备的薄膜与不做后处理的电池相比效率并未明显上升。3)掺杂0.1M的H2PtCl6·6H2O的PEDOT薄膜对电极组装的电池效率相比未掺杂薄膜组装的电池的效率增加了13%。单掺杂LiClO4的PEDOT薄膜对电极组装的电池效率低于不掺杂的电池,适当浓度的双掺杂令其电池的效率相比未掺杂电池提高11.8%。掺杂5wt%二甲基亚砜(DMSO)的PEDOT薄膜对电极组装的电池获得了相对最高效率,为7.51%,相比于不掺杂提高18%。其便利的掺杂方式和简单的制膜过程可以使PEDOT薄膜具有广泛的工业应用前景。4)DMSO掺杂的PEDOT对电极组装的两种柔性电池均在掺杂量为5wt%时达到最高效率,分别为1.76%和4.62%,相比于不掺杂分别提高了35%和39%。将掺杂DMSO的PEDOT溶液旋涂在ITO-PET柔性衬底并烘干制得PEDOT薄膜的方法简单高效。
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