纤维染料敏化太阳能电池等效电路研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhufeng19791123
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太阳能作为一种可再生、低成本的绿色能源有望成为代替化石能源的世界性能源。染料敏化太阳能电池(dye sensitized solar cell,DSSC)作为第三代太阳能电池,具有成本低廉、原料丰富、制备工艺简单等特点,近年来成为太阳能电池研究的热点。传统硬性平板式的光伏电池抗外力能力欠佳,受空间限制大,制约了产品多样性设计以及大面积电池模块的运输、安装及使用。近年来,一种新型纤维太阳能电池受到广泛关注。它以不锈钢丝作为电极基底,通过编织或缠绕方式组装成电池。新型纤维DSSC以其独特的柔性可编织特点,给太阳能电池的应用带来了极大的方便。纤维结构的电池内部界面高度弯曲,界面高曲率导致表面应力增大,从而影响到电池的光电转换效率,这给纤维电池的研究带了新的挑战。目前,用于分析DSSC内部机理的等效电路研究仅限于硬性平板器件,而没有专门针对纤维DSSC的等效电路,这不利于对纤维DSSC内部机制进行研究讨论。本研究在优化TiO2、ZnO两类纤维DSSC的基础上提出并建立了纤维DSSC等效电路模型,并进一步分析讨论了纤维DSSC内部工作机理。研究内容主要包括以下几点:  ①研究制备了基于TiO2及ZnO纳米阵列的全固态纤维DSSC,实验发现,不同结构的TiO2纳米管会对电池的性能造成影响。并且,TiO2基纤维DSSC的TiO2薄膜最优厚度远大于平板DSSC。实验还发现,分层结构的ZnO纳米棒更加适用于纤维DSSC。  ②研究基于无应变的理想电池模型,建立了全固态纤维DSSC的等效电路。从等效电路出发,讨论了纤维DSSC的EIS频谱响应特性以及纤维DSSC内部感抗效应产生的原因。实验发现在不同频段的扫描区,分析推导所得的电池的阻抗变化趋势与实验结果一致。实验还在扫描频率的高频区发现了负阻抗行为,这与电池等效电路中的感抗特性一致。感抗现象是传统平板电池所不具备的。  ③研究分析了 TiO2薄膜、CuI薄膜以及光敏染料对电池等效电路的影响。实验发现,由于电极表面的应力畸变,导致氧化物及电解质薄膜厚度对电池的影响规律相对复杂。电池内部的界面电阻(Rct)会随功能层厚度而变化。在全固态的纤维DSSC中,电解质TiO2薄膜/电解质界面的渗透作用被大大强化,TiO2薄膜的最优厚度增加,这有利于提高电池的开路电压。  本研究提出了针对纤维DSSC的等效电路模型,对于优化纤维DSSC具有积极的指导意义。
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