碳材料制备太阳能电池对电极的研究

【摘要】染料敏化太阳能电池（简称DSSC）是一种新型的太阳能电池。自从1991问世以来，就因为其制作工艺简单、成本低和性能稳定，并且对环境良性等优点而受到了众多研究工作者的极大兴趣，具有很好应用前景，在太阳能电池研究上具有重要意义。它是一个多组分复合体系，主要由三部分组成，分别是光阳极（包括TiO2多孔薄膜以及吸附在其上的染料）、电解质和对电极。纳米晶染料敏化太阳能电池的优势就在于其廉价并具有较高的光电转换效率，而传统的纳米晶染料敏化太阳能电池的对电极材料为贵金属铂，所以为了进一步降低电池成本，人们希望找到一种高效、廉价的替换材料。本文通过采用丝网印刷和电沉积方法利用活性碳、碳黑、石墨、富勒烯（C60）来制备染料敏化太阳能电池碳对电极。丝网印刷方法是一种比较成熟的制备工艺。电沉积方法:用丙酮10ml、无水乙醇15ml、硝酸铝1g、聚乙二醇15ml混合溶液中，加入0.5g碳粉，在外电压28V,水浴温度65℃时得到的碳薄膜对电极制备太阳能电池。用扫描电镜对碳薄膜的表观形貌进行了表征，并通过电池的短路电流(Isc)、开路电压(Voc)和填充因子（ff）等指标来检验以此对电极组装的太阳能电池的性能。研究表明，在电沉积方法制备碳对电极时，分散剂聚乙二醇的用量和电沉积的水浴温度对电池的性能都有很大影响，在分散剂聚乙二醇的用量为15ml和水浴温度为65℃的情况下，碳薄膜的光电性能较好，Isc，Voc和ff分别为8.141mA，756mV和0.4692；碳薄膜厚度和薄膜的热处理温度对电池的性能都有很大影响，在薄膜厚度为27nm和热处理温度为400℃的情况下，碳薄膜的光电性能较好，Isc，Voc和ff分别为7.77mA，748mV和0.5467。电沉积方法制备碳膜的最大优点是碳膜在玻璃基片上有良好的附着力，这是丝网印刷技术无法比拟的,因此用电沉积制备碳对电极将会有很大的发展前景。在大量的实验中得出，活性碳是一种多孔性结构，具有很好的催化活性，可增加电极与电解质的有效接触面积，提高电极的电化学活性，是制备太阳能电池对电极的首选材料；富勒烯C60是一种新型碳材料，它是三维结构，C60光激发后易形成电子空穴对从而产生光电子转移，且具有良好的电子运输性能和电子亲和力，与碱金属原子结合能做超导材料，做太阳能电池对电极材料具有很广阔的前景。
【作者】张娓娓；
【导师】刘贵山；
【作者基本信息】大连工业大学，材料学，2010，硕士
【关键词】染料敏化太阳能电池；电沉积；富勒烯（C60）；活性碳；石墨；碳黑；

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