基于有机离子塑性晶体固体电解质染料敏化太阳能电池的应用研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）具有光电转换效率高、成本低等优点，被认为是可取代硅太阳能电池的新型太阳能电池，成为当前研究热点之一。电解质作为DSSC的一个重要组成部分对电池性能影响较大。DSSC使用液态电解质时，电池效率已超过12%，但由于液态电解质存在易挥发、易降解等缺点影响了电池的长期稳定性，使得染料敏化太阳能电池的广泛商业化一直难以实现。 本文使用了以离子液体为基础的有机离子塑性晶体，其小分子独特的塑性特征及其对掺杂离子的快速传输性能，使其作为一类新型柔性有机固体离子导电材料首次应用于DSSC领域中。主要研究内容和结论主要包括以下两个： 1.合成了有机离子塑性晶体N,N-甲基乙基吡咯烷鎓碘盐（P_12I），并用核磁、DSC、TGA进行了表征。然后以该离子塑性晶体为基质，通过掺杂碘单质和不同含量的1-丙基-3甲基咪唑碘盐（PMII）来制备能用于DSSCs的塑晶固态电解质，并对其进行一系列的测试研究，包括电导率、热性能、离子扩散系数。最后以上述固体塑晶电解质材料为电解质制作可在80℃下使用的DSSCs，该电池在80℃、模拟太阳可见光下（50mW/cm~2）的光电转换效率可达5.8%，并且经过1000h的稳定性测试后仍可保持初始光电转换效率的95%以上，显示出了良好的稳定性。 2.合成了有机离子塑性晶体N,N-甲基乙基吡咯烷鎓双（三氟甲基磺酰）亚胺盐（P_(12)TFSI），并用核磁、DSC、TGA进行了表征。然后以离子型塑性晶体P_(12)TFSI为基质，通过掺杂碘单质和25wt%的1-丙基-3甲基咪唑碘盐（PMII）来制备能用于DSSCs的塑晶固态电解质，并对其进行一系列的测试研究，包括电导率、热性能、离子扩散系数。最后以上述固体塑晶电解质材料为电解质制备的DSSCs，得到了在25℃、50mW/cm~2下光电转换效率可达5.12%的DSSCs，并且经过1000h的稳定性测试后仍可保持初始光电转换效率的90%以上，显示出了良好的稳定性。 【关键词】：塑性晶体 染料敏化太阳能电池 固态电解质
【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
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 DSSC 的结构和工作原理10-12
• 1.2.1 DSSC 的结构10
• 1.2.2 DSSC 的工作原理10-12
• 1.3 塑性晶体的概念及性质12-15
• 1.4 塑晶固体电解质的应用进展15-23
• 1.4.1 塑晶固体电解质在锂电池中的应用15-21
• 1.4.2 塑晶固体电解质在固态 DSSC 中的应用21-23
• 1.5 本论文的研究内容23-25
• 1.5.1 论文的研究内容23-24
• 1.5.2 论文的创新之处24-25
• 第二章 P_(12)I 塑晶固态电解质在 DSSCs 中的应用25-38
• 2.1 实验部分25-29
• 2.1.1 实验材料25
• 2.1.2 实验装置和设备25-26
• 2.1.3 N,N-甲基乙基吡咯烷鎓碘盐（P_(12)I）的合成26
• 2.1.4 1-丙基-3 甲基咪唑碘盐（PMII）的合成26-27
• 2.1.5 塑晶固体电解质的制备27
• 2.1.6 DSSCs 的制备27
• 2.1.7 表征及测试方法27-29
• 2.2 结果与讨论29-37
• 2.2.1 塑晶固体电解质的热性能29-31
• 2.2.2 塑晶固体电解质的电化学性能31-34
• 2.2.3 DSSCs 的性能34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 P_(12)TFSI 塑晶固态电解质在 DSSCs 中的应用38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-41
• 3.2.1 实验材料38-39
• 3.2.2 实验装置和设备39
• 3.2.3 N,N-甲基乙基吡咯烷鎓双（三氟甲基磺酰）亚胺盐（P_(12)TFSI）的合成39
• 3.2.4 塑晶固体电解质的制备39-40
• 3.2.5 DSSCs 的制备40
• 3.2.6 表征及测试方法40-41
• 3.3 结果与讨论41-50
• 3.3.1 塑晶固体电解质的热性能41-43
• 3.3.2 塑晶固体电解质的电化学性能43-45
• 3.3.3 DSSCs 的性能45-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 总结与展望51-52
• 4.1 总结51
• 4.2 展望51-52
• 参考文献52-56
• 硕士期间发表论文56-57
• 致谢57-58

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