基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制

【摘要】：染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs）主要由透明导电玻璃、纳米TiO2多半导体薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电极组成，具有高效率、低成本、易制备的特点。电解质作为DSSC的一个重要组成部分对电池性能的影响较大。目前经典的DSSC电解质主要是基于有机溶剂，如乙腈或者三甲氧基丙腈等。这些有机溶剂电解质存在易挥发、易燃、有毒等缺陷。针对上述问题，本论文主要开展了基于水溶液电解质的DSSCs研究，琼脂糖水凝胶电解质DSSCs研究以及具有光散射作用的全固态有机离子液晶电解质DSSCs的研究。 本论文的主要研究内容和结论概括如下： （1）水最为一种廉价、清洁和环保无毒的溶剂，代替乙腈或者三甲氧基丙腈这类有毒有机溶剂合成了纯水液体电解质。但水具有比较大的表面张力，在固液界面上会有比较大的表面接触阻抗，因此通过向电解质添加微量（0.2wt%）的离子型含氟表面活性剂可以有效地改善界面接触，增加了电子传输速率，提高了DSSC的光电转化性能。电池在100mW cm2光强下光电转换效率(η)达到3.96%。这也是目前水溶液电解质所能达到的较高电池效率之一。 （2）水溶液电解质在应用时仍然存在易挥发、易泄漏等长期不稳定的缺陷。基于此问题我们制备了琼脂糖基的水凝胶电解质，并研究了电解质中不同凝胶含量、I2和I浓度变化对电池光电转化效率的影响。同时，水作为电解质的主要成分，在低温条件下存在易结冰的问题，会降低电解质在介孔TiO2内的填充和阻碍器件内部的电荷传输，并导致器件的光电转化性能降低。通过向电解质中添加适量抗冻剂，明显降低了电解质的冰点，电解质在6℃仍可以不结晶，提高了器件在一定低温环境下的应用。经过优化的电解质（0.08M I2,0.2M NaI and7wt%agarose），其电池在100mWcm2光强下获得1.54%的光电转化效率。 （3）合成了三种氰基联苯和咪唑基的有机离子液晶(OILCs)，并制备了全固态电解质。该有机离子液晶材料具有优良的光散射作用，在光阳极无光散射层的情况下即获得4.22%（100mW cm2光强下）的光电转化效率。 【关键词】：水溶液电解质 琼脂糖水凝胶 有机离子液晶 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 染料敏化太阳能电池（DSSC）结构、工作原理及其性能测定10-14
• 1.1.1 DSSC 的结构10
• 1.1.2 DSSC 的工作原理10-12
• 1.1.3 DSSC 的性能参数指标和测定12-14
• 1.2 DSSC 电解质的研究进展14-19
• 1.2.1 液态电解质14-16
• 1.2.2 准固态和固态电解质16-19
• 1.3 本论文的研究内容设计19-20
• 1.4 本论文的创新之处20-21
• 第二章 水溶液电解质 DSSCS 的研制21-32
• 摘要21
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-23
• 2.2.1 实验材料和实验仪器22
• 2.2.2 染料敏化太阳能电池的制作22-23
• 2.2.3 表征和测试方法23
• 2.3 结果与讨论23-31
• 2.3.1 电池性能的表征23-24
• 2.3.2 电池电化学阻抗谱图24-27
• 2.3.3 电解质接触角性能测定27-28
• 2.3.4 光阳极厚度对电池效率的影响28-29
• 2.3.5 光强对电池效率的影响29
• 2.3.6 电池稳定性测试29-31
• 2.4 结论31-32
• 第三章 基于琼脂糖水凝胶电解质 DSSCS 的研制32-42
• 摘要32
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-34
• 3.2.1 实验材料和实验仪器33
• 3.2.2 染料敏化太阳能电池的制作33
• 3.2.3 表征和测试方法33-34
• 3.3 结果与讨论34-39
• 3.3.1 不同凝胶含量对电池效率影响34-35
• 3.3.2 不同 I2和 I 浓度对电池效率的影响35-37
• 3.3.3 一定低温环境下抗冻剂电池效率的影响37-39
• 3.3.4 电池稳定性测试39
• 3.4 结论39-42
• 第四章 基于光散射性能的有机离子液晶(OILCS)固态电解质 DSSC 的研制42-54
• 摘要42
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 实验材料和实验仪器43
• 4.2.2 有机离子液晶的合成43-45
• 4.2.3 固态电解质的制备45
• 4.2.4 染料敏化太阳能电池的制作45-46
• 4.2.5 表征和测试方法46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 有机离子液晶的表征46-48
• 4.3.2 电解质电导率和 I /I3 扩散系数的测试48
• 4.3.3 电池性能表征48-50
• 4.3.4 电解质光散射性能表征50-51
• 4.3.5 不同电解质电池的电化学阻抗谱图51-53
• 4.4 结论53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 全文总结54
• 5.2 展望54-56
• 参考文献56-67
• 硕士期间发表论文67-68
• 致谢68-70

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