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染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC)由于其低成本和环境友好等特点,作为第三代太阳能电池技术被人们广泛研究。实验室制备的小面积(面积小于1cm2)电池的最高光电转化效率虽已达到11.18％,但大面积电池的的光电转换效率显著降低,影响了DSSC未来产业化的应用。
本论文在系统查阅了有关文献的基础上,围绕着提高大面积DSSC的效率问题,从改进薄膜电极结构以及优化电池的模组结构方面开展了研究工作,研究所完成的主要工作和取得的成果包括:
1)研究了多层结构的TiO2薄膜光电极制备工艺及其对DSSC光电转换效率的影响。基于大面积电池产业化的需要,对传统的TiO2浆料制备工艺和流程进行了改进,开发了使用商业P25纳米氧化钛颗粒、水和乙醇制备TiO2浆料,结合丝网印刷方法制备大面积性能良好的多层TiO2薄膜光电极制备工艺。利用优化工艺,研究制备了有效面积为12.6cm2的电池、效率达5.89％的DSSC电池,为大面积DSSC的进一步研究打下了良好的技术基础。
2)研究分析了造成DSSC面积增大时,电池的电流-电压曲线的填充因子明显减小,电池的光电转化效率明显降低的物理机理。研究表明,造成大面积DSSC光电转化效率明显退化的主要原因是,随电池的面积增大,电池衬底FTO导电薄膜的电阻逐渐增大,导致光生电流的降低,从而影响了电池的对外输出功率。
3)为制备满足产业化要求的大面积DSSC,开展了电池的结构的改进。综合考虑不同电池结构特点的基础上,选取了采用并联DSSC模组结构技术方案。利用45mm×3.5mm条状电极结构,实验制备了短路电流为11.0mA/cm2,填充因子为0.63,电池效率为4.87％的大面积DSSC模组样品,为进一步优化模组参数,设计满足产业化要求的太阳能电池阵列提供了必要的技术基础。