1、染料敏化电池对电极研究,主要内容,染料敏化电池对电极研究,染料敏化太阳能电池简介,染料敏化太阳能电池简介,与传统太阳能电池相比,染料敏化太阳能电池优点:寿命长:使用寿命可达15-20年结构简单、易于制造,生产工艺简单,易于大规模工业化生产制备电池耗能较少,能源回收周期短生产成本较低,仅为硅太阳能电池的1/51/10生产过程中无毒无污染,染料敏化太阳能电池简介,纳米多孔半导体薄膜氧化还原电解质对电极和导电基底染料敏化剂,染料敏化太阳能电池对电极,染料敏化太阳能电池对电极,铂是最早应用于染料敏化电池对电极材料,也是目前高效DSSC对电极主要材料。,染料敏化太阳能电池对电极,热分解法:原理:把氯铂酸
2、与水、有机溶剂的混合溶液滴加在导电基片 上,在加热条件下分解制备得到铂修饰电极优点:制备工艺简单、膜相对均一并且呈多孔结构 形成的铂原子簇可对I3-很好地起到催化的功能缺点:其表面存在很多缺陷,热分解也不能使高价铂完全还 原为0价态 高温易增加导电玻璃的表面电阻,难以适用于柔性染 料敏化太阳能电池。,染料敏化太阳能电池对电极,真空溅射法:原理:在真空状态下,以铂片作为激发源,用真空镀膜机溅 射,在导电基片表面形成一层铂修饰膜 。优点:成本与能耗低,且无毒、无污染和无废液,所制得的 铂修饰膜较均匀 ,在基片上的附着力强,也适宜在柔 性基片上镀膜 。缺点:制备的膜有光泽但颜色发暗,对透过光的反射性
3、差。 由于真空镀膜的随机性 ,无法生成规则排列的铂金膜, 膜中缺陷很多 。 虽然铂处于0价位 ,但表面电阻很高。,染料敏化太阳能电池对电极,电化学镀膜法:原理:先配制合适浓度的电镀液,然后以铂金片作阳极,导电基片作阴极,一定的条件下进行电镀。优点: 用电镀法所制得的铂膜更均匀和致密,其与基片的附着力强,且杂质缺陷少 。制备的膜表面光亮、反射性能好,膜较厚 。 同时,高价铂完全被还原为0价态,操作温度低,表面电阻更小,制备的膜的催化效率高 。缺点:电极的比表面积较小,使铂的催化能力受到一定的限制。,电镀法在染料敏化太阳能电池对电极的制备中更具有优势 。,染料敏化太阳能电池对电极,很高的抗腐蚀性和
4、催化活性、质轻、原料廉价、无毒无污染。,染料敏化太阳能电池对电极,竹子(a)、(b)和橡木(c)、(d)碳化制备的介孔碳对电极SEM照片,目前已经取得了8%的转化效率,与Pt的DSSC效率相当,染料敏化太阳能电池对电极,Pt对电极催化性能好,但成本高碳对电极成本低,但随着碳对电极膜厚的增加,其内阻也增加,使得填充因子和转换效率减小。,染料敏化太阳能电池对电极,自 2009 年人第一次报道了 CoS 对电极应用于 DSSC,并获得了优于 Pt 对电极的光伏表现,就引起了学术界的广泛关注。近 3 年以来, 已有多种无机化合物被发现具有良好的催化活性, 并且稳定性良好, 展现出作为廉价高效的对电极材
5、料应用于DSSC 的潜力。,染料敏化太阳能电池设计,电池设计工艺流程,染料敏化太阳能电池设计,一、光阳极的制备导电玻璃:FTO(掺杂F的SnO2)TiO2胶体的制备:水热法将TiO2胶体均匀涂抹在FTO上,烧结。测试性质:烧结后的二氧化钛膜厚大约在0.1um,且富含纳米孔洞。,染料敏化太阳能电池设计,二、电解质的制备碘己烷与1-甲基咪唑反应生成1-甲基-3-己基咪唑碘离子液体按照配方称取碘化锂,碘,4-叔丁基吡啶,1-甲基-3-己基咪唑碘溶于3-甲氧基丙腈中即得到所需液态电解质。,1-甲基-3-己基咪唑碘合成路线,染料敏化太阳能电池设计,三、染料的制备将三苯胺染料SD2,卟啉锌染料PZn-hT
6、,钌染料N719分别用乙腈,N,N-二甲基甲酰胺,乙醇作为溶剂溶解,配置成浓度为1molL-1的溶液。,染料敏化太阳能电池设计,四、对电极的制备,铂对电极,染料敏化太阳能电池设计,四、对电极的制备,碳材料对电极,染料敏化太阳能电池设计,四、对电极的制备,聚吡咯对电极,染料敏化太阳能电池设计,四、对电极的制备,MoS2对电极,染料敏化太阳能电池效率评估,一、铂对电极,Voc=0.650.68VIsc=6.16.5mA/m2FF=0.450.5=7.5%-7.8%,采用不同镀膜法得到的I-V曲线,采用不同对电极得到的I-V曲线,染料敏化太阳能电池效率评估,二、碳材料对电极参考大量文献中的数据组装好
7、后的染料敏化电池的开路电压为700mv,短路电流密度为9.06mA/m2。所以填充因子为0.66,估算效率为4.19,。,染料敏化太阳能电池效率评估,三、聚吡咯对电极在查阅的文献中,PPy对电极的光电转换效率最高5.00%,预测此次设计的对电极效率在4.5%4.8%之间。但同时发现基于PPy/Pt对电极其光电转换效率为7.08%。明显高于PPy对电极的光电转换效率(5.00%)和Pt对电极的光电转换效率6.19%,这表明相比于PPy和Pt,PPy/Pt复合物对电极性能很好,可以作为下一步的研究方向。,染料敏化太阳能电池效率评估,四、MoS2对电极,纳米花状MoS2对电极,旋涂法制备的MoS2对电极,总体上预计效率为2%左右,总结,综合四人预测结果,得到以下结论:铂对电极的转换效率普遍高于其余三种材料。不同材料之间的掺杂可以提高转换效率如:PPy/Pt对电极MoS2的转换效率比较低,这可能与它在对电极的存在形式有关,如果将MoS2做成纳米棒或者纳米球,转化效率会更高一点。碳材料对电极结构非常多样,对效率的影响很大,可以考虑其他新型碳材料。,谢谢观赏,