碳纳米管/离子液体凝胶电解质的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）由于其成本较低、制作工艺简单和光电转换效率较高等优点，被认为具有很好的应用前景。电解质是DSSC光电性能的决定因素之一。DSSC使用液态电解质时，电池的光电转换效率较高，但由于液态电解质存在易挥发、易泄露等缺点影响了电池的长期稳定性。传统DSSC使用导电玻璃作为基底，但由于玻璃存在重量大、易破碎等缺点限制了电池的应用范围，使得染料敏化太阳能电池的广泛商业化一直难以实现。 本文使用酸氧化多壁碳纳米管(Acid-oxdized MWCNT)，其优异的导电性能和光催化活性，使其作为离子液体致凝胶剂应用于DSSC领域中。本文还使用柔性PET，其易加工和便携性，作为基底制作柔性光阳极并组装DSSC。主要研究内容和结论主要包括以下两个： 1.制备了Acid-oxdized MWCNT，并用FTIR进行表征。然后以MWCNT为致凝胶剂，加入到1-丙基-3甲基咪唑碘盐（PMII）和1-乙基-3-甲基-咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（EMIm-TFSI）的混合离子液体中，制得多壁碳纳米管/离子液体（MWCNT/IL）凝胶电解质，并对其进行了一系列的测试研究，包括黏度、电导率、离子迁移率。最后以上述电解质组装DSSC，在25℃、100mW/cm~2下，该电池的光电转换效率达5.74%，经过90天的稳定性测试后仍可保持初始光电转换效率的95%以上，具备了良好的长时间稳定性。 2.合成了TiO_2纳米粒子，并用SEM、XRD进行了表征，然后以该TiO_2纳米粒子为基质，通过掺杂去离子水、无水乙醇和钛酸丁酯制备TiO_2浆料，用水热处理、低温烧结和紫外处理相结合制备柔性光阳极，进行了AFM测试。最后以上述光阳极组装DSSC，得到了在25℃、100mW/cm~2下光电转换效率可达1.10%的柔性DSSC。 【关键词】：离子液体 染料敏化太阳能电池 多壁碳纳米管 凝胶电解质 酸氧化
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4;O646.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 引言9-10
• 1.2 DSSC 的结构和工作原理10-12
• 1.3 衡量染料敏化太阳能电池的技术指标12-14
• 1.4 DSSC 的研究进展14-24
• 1.4.1 光阳极材料的研究进展14-15
• 1.4.2 染料的研究进展15-16
• 1.4.3 对电极材料研究进展16
• 1.4.4 电解质的研究进展16-24
• 1.5 本论文的研究工作设计24-26
• 1.5.1 论文的研究内容24-25
• 1.5.2 论文的创新之处25-26
• 第二章 离子液体凝胶电解质的制备及其在 DSSC 中的应用26-40
• 2.1 实验部分26-29
• 2.1.1 实验药品及仪器26
• 2.1.2 多壁碳纳米管的酸化26-27
• 2.1.3 离子液体的合成27-28
• 2.1.4 聚苯乙烯-丙烯腈的合成28
• 2.1.5 电解质的制备28
• 2.1.6 染料敏化太阳能电池的组装28-29
• 2.2 电解质和电池性能的测试29-30
• 2.3 结果与讨论30-39
• 2.3.1 碳纳米管的红外表征30-31
• 2.3.2 碳纳米管/离子液体凝胶电解质的表征31-33
• 2.3.3 电池的光电性能表征33-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 柔性 DSSC 的研制40-46
• 3.1 实验部分40-41
• 3.1.1 实验药品及仪器40
• 3.1.2 水热法合成 TiO_2纳米粒子40
• 3.1.3 柔性光阳极的制作40-41
• 3.1.4 准固态电解质的配制41
• 3.1.5 柔性 DSSC 的组装41
• 3.2 性能测试41-42
• 3.2.1 X 射线衍射（XRD）分析41
• 3.2.2 场发射扫描电镜（FESEM）41
• 3.2.3 柔性 DSSC 性能测试41-42
• 3.3 结果与讨论42-45
• 3.3.1 TiO_2纳米粒子表征42-43
• 3.3.2 柔性光阳极外观及柔性 DSSC 的光电性能分析43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 结果与展望46-47
• 1 总结46
• 2 展望46-47
• 参考文献47-51
• 硕士期间发表论文51-52
• 致谢52-53

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