基于乙烯基咪唑的太阳能电池准固态聚合物电解质的研究

【摘要】：本论文主要研究了基于1-乙烯基咪唑的聚合物凝胶电解质及其组装的电池,研究内容主要包括： 第一部分合成了聚(1-乙烯基咪唑-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)/聚乙二醇400(P(VIM-MMA-MAA)/PEG400),制备了新型P(VIM-MMA-MAA)/PEG400/LiI/I2/γ-GBL凝胶电解质,组装了DSSCs。优化体系后,最佳配比为VIM:MMA:MAA=5:70:25(wt%), P(VIM-MMA-MAA):PEG400=7:3(wt%)。室温电导率为5.01mS/cm,在100mW/cm2的光强辐射下,电池的开路电压Voc=0.73mV,短路电流密度Jsc=10.69mA/cm2,光电转换效率η=3.39%(0.16cm2),与液体电解质的相当(η=3.40%)。研究了MAA含量与电池性能之间的关系；分析了添加剂叔丁基吡啶TBP、吡啶PY、乙烯基咪唑VIM对DSSCs效率的影响,发现三种添加剂对凝胶电解质DSSCs的η都起促进作用。 用红外IR分析了聚合物凝胶电解质中的氢键作用；用电镜SEM观察了电解质的形貌特征,发现羧基含量多的体系均匀分布的孔洞直径较大；用热重TG研究了液体电解质和凝胶电解质的热稳定性,发现凝胶电解质的耐热性提高；用交流阻抗EIS分别研究了羧基含量、聚合物配比对电池和电解质界面阻抗的影响,发现MAA含量多,PEG400含量少的体系阻抗较小。 第二部分合成了新型聚(1-乙烯基咪唑-甲基丙烯酸甲酯)/聚(偏氟乙烯-全氟丙烯)(15w)(P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)(15w))及聚(1-乙烯基咪唑-甲基丙烯酸甲酯)/聚(偏氟乙烯-全氟丙烯)(50w)(P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)(50w)),制备了3-甲氧基丙腈(3-MPN)体系的电解质,测试了电池性能,DSSCs的效率分别为4.74%和4.53%,液体电解质DSSCs的η=5.38%。研究了叔丁基毗啶TBP、异硫氰酸胍GuSCN、吡啶PY作为添加剂对P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)(15w)/LiI/I2凝胶电解质DSSC效率的影响,发现TBP和PY对η起抑制作用；GuSCN对η起促进作用。 发现不同浓度的1-乙烯基咪唑VIM作为添加剂对液体及凝胶DSSCs效率的影响不同。当VIM浓度介于0-1mol/L,液体电解质电池的η与VIM浓度关系呈现一个单峰；凝胶电解质电池的η与VIM浓度关系为折线。 用TG研究了电解质的热稳定性,发现凝胶电解质的耐热性优于液体电解质；用EIS分别研究了光照和黑暗条件下聚合物配比和添加剂对电池阻抗的影响,发现配比对于Pt/电解质界面阻抗影响较大,TBP对暗反应有很好的抑制作用,暗反应的趋势变小。 以上体系都用核磁和红外进行了结构表征；用太阳能光伏系统测试了电池的光伏性能,比较得到了一个最优聚合物配方。同时,测试了电池的外量子效率(IPCE),发现聚合物的加入对IPCE的影响不大。 【关键词】：电池 染料敏化 准固态电解质 1-乙烯基咪唑 聚(偏氟乙烯-全氟丙烯) 添加剂
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O646.5;TM914.4
【目录】：

• 目录6-8
• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 能源发展现状12
• 1.2 太阳能电池的发展12-21
• 1.2.1 太阳能电池分类12-13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池原理13-14
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的表征14-15
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池的研究现状15-18
• 1.2.5 咪唑类电解质的研究现状18-21
• 1.3 选题目的和意义21-22
• 1.4 本文的主要研究内容22
• 1.5 创新点22-24
• 第二章 聚(1-乙烯基咪唑-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)/聚乙二醇凝胶电解质的制备及研究24-50
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料、溶液配制及测试仪器24-26
• 2.2.1 实验材料24-25
• 2.2.2 溶液配制25
• 2.2.3 测试仪器25-26
• 2.3 P(VIM-MMA-MMA)/PEG400的合成及表征26-32
• 2.3.1 P(VIM-MMA-MAA)/PEG400的合成26-27
• 2.3.2 P(VIM-MMA-MAA)/PEG400的表征27-32
• 2.4 P(VIM-MMA-MAA)/PEG400聚合物凝胶电解质的制备及性能测试32-35
• 2.4.1 凝胶电解质的制备32-33
• 2.4.2 电性能测试33-34
• 2.4.3 电解质热重34
• 2.4.4 凝胶电解质的形貌特征34-35
• 2.5 电池的组装及性能测试35-49
• 2.5.1 电池的组装35-36
• 2.5.2 电池性能测试36-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第三章 聚(乙烯基咪唑-甲基丙烯酸甲酯)/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)凝胶电解质的制备及研究50-82
• 3.1 引言50
• 3.2 实验材料、溶液配制及测试仪器50-51
• 3.2.1 实验材料50-51
• 3.2.2 溶液配制51
• 3.3 P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)的合成及表征51-63
• 3.3.1 P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)的合成51-52
• 3.3.2 P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)的表征52-60
• 3.3.3 热重测试60-63
• 3.4 P(VIM-MMA)/P(VDF-HFP)聚合物凝胶电解质的制备及性能测试63-65
• 3.4.1 聚合物凝胶电解质的制备63
• 3.4.2 聚合物凝胶电解质的电性能63-65
• 3.5 电池的组装65
• 3.6 电池的性能测试65-80
• 3.6.1 电极对电池性能的影响66-67
• 3.6.2 聚合物配比对电池效率的影响67-70
• 3.6.3 电解质添加剂对电池效率的影响70-75
• 3.6.4 电池的EIS测试75-79
• 3.6.5 电池的IPCE测试79-80
• 3.7 本章小结80-82
• 第四章 全文总结82-84
• 参考文献84-97
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文及申请的专利97-98
• 致谢98

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