用于染料敏化太阳能电池的AS树脂基聚合物凝胶电解质研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池由于具有低成本,易制备和较高的光电转换效率等优点而成为研究的热点。本文以聚(丙烯腈-苯乙烯)(AS)为基体,以乙腈和四氢呋喃作为混合有机溶剂制备新型凝胶电解质,通过加入石墨、1-甲基咪唑、纳米聚吡咯等添加剂,提高凝胶电解质的离子电导率和其它性能,研究聚合物电解质的组成和制备条件对其离子电导率和所制备的准固态染料敏化太阳能电池光电性能的影响,探索了电解质的传输机理,获得较好的结果。 (1)以AS树脂作为基体,乙腈和四氢呋喃作为混合有机溶剂制备聚合物凝胶电解质,研究了电解质的组成对导电性能的影响,探讨了电解质的导电机理。其经过各个组成的优化,聚合物凝胶电解质在室温下的电导率达到5.11毫西门子/厘米。在100毫瓦/平方厘米光强辐照下,基于该准固态凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的光电转换效率达2.56 %。 (2)以最佳工艺条件下制备的AS树脂基聚合物凝胶电解质为基础,在聚合物凝胶电解质中加入石墨以及氮杂环类添加剂1-甲基咪唑,研究石墨和1-甲基咪唑添加剂对凝胶电解质电导率及用其组装的电池的光电性能的影响,结果发现在100毫瓦/平方厘米光强辐照下,加入0.15 %石墨和0.3摩尔/升1-甲基咪唑添加剂可使电池的光电转换性能提高到3.25 %。 (3)采用碘作为氧化剂和掺杂剂,合成纳米聚吡咯。并将其加入到AS树脂基聚合物凝胶电解质中。探讨了纳米聚吡咯添加剂对凝胶电解质电导率和用其组装的电池的光电性能的影响,结果表明在100毫瓦/平方厘米光强辐照下,加入0.10 %的聚吡咯添加剂可使电池的光电转换性能提高到3.35 %。 【关键词】：准固态染料敏化太阳能电池 聚合物凝胶电解质 氮杂环类添加剂 石墨 纳米聚吡咯
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太阳能电池发展和现状11-13
• 1.3 太阳能电池的原理及分类13-16
• 1.3.1 硅系太阳能电池14-15
• 1.3.2 多元化合物薄膜太阳能电池15
• 1.3.3 有机/聚合物太阳能电池15-16
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理16-18
• 1.5 电池封装与结构18
• 1.6 染料敏化太阳能电池中电解质的研究进展18-22
• 1.6.1 液体电解质18-19
• 1.6.2 固体电解质19-20
• 1.6.3 凝胶电解质20-22
• 1.7 对电极材料研究进展22-23
• 1.8 评价太阳能电池的指标23-25
• 1.8.1 单色光电转换效率IPCE23-24
• 1.8.2 短路电流密度Isc24
• 1.8.3 开路电压Voc24
• 1.8.4 填充因子FF24
• 1.8.5 电池的总效率η24-25
• 1.9 染料敏化太阳能电池性能的影响因素25-26
• 1.9.1 太阳光强度对DSSC 光电性能的影响25
• 1.9.2 温度对DSSC 光电性能的影响25-26
• 1.10 染料敏化太阳能电池面临的问题26-27
• 1.11 本论文的研究目的和研究内容27-28
• 第二章 AS 基凝胶电解质的制备及在准固态DSSC 中的应用28-40
• 2.1 实验主要药品和仪器28-29
• 2.2 实验部分29-34
• 2.2.1 聚合物凝胶电解质的制备及准固态染料敏化太阳能电池的组装29-30
• 2.2.2 准固态染料敏化太阳能电池的制备30
• 2.2.3 导电玻璃片的清洗30
• 2.2.4 染料敏化TiO_2 多孔薄膜电极的制备30-32
• 2.2.5 对电极的制备32
• 2.2.6 准固态染料敏化太阳能电池的组装32
• 2.2.7 聚合物准固态染料敏化太阳能电池性能测试32-34
• 2.2.7.1 聚合物凝胶电解质电导率的测试32-33
• 2.2.7.2 准固态染料敏化太阳能电池的性能测试33-34
• 2.3 实验结果与讨论34-39
• 2.3.1 聚合物的浓度对聚合物凝胶电解质电导率的影响34-35
• 2.3.2 混合有机溶剂的组成对准固态染料敏化太阳能电池性能的影响35-36
• 2.3.3 碘盐浓度对聚合物凝胶太阳能电池光电性能的影响36-39
• 2.3.3.1 碘化钠浓度对准固态染料敏化太阳能电池性能的影响36-38
• 2.3.3.2 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 石墨添加剂在准固态DSSC 中的应用40-50
• 3.1 实验主要药品和仪器40-41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.2.1 石墨粉的前处理41
• 3.2.2 聚合物凝胶电解质的制备41-42
• 3.2.3 敏化TiO_2 薄膜的制备及准固态DSSC 的组装42
• 3.3 性能测试42
• 3.3.1 凝胶电解质电导率的测试42
• 3.3.2 准固态DSSC 的光电性能测试42
• 3.4 结果和讨论42-49
• 3.4.1 聚合物凝胶电解质的表征42-43
• 3.4.2 石墨添加剂浓度对聚合物凝胶电解质电导率的影响43-44
• 3.4.3 温度对聚合物凝胶电解质的影响44-45
• 3.4.4 石墨添加剂浓度对准固态DSSC 电池光电转换性能的影响45-46
• 3.4.5 1-甲基咪唑添加剂对准固态染料敏化太阳能电池光电性能的影响46-48
• 3.4.6 准固态染料敏化太阳能电池的光电性能48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 纳米聚吡咯的制备及在准固态DSSC 电池中的应用50-56
• 4.1 实验主要药品和仪器50
• 4.2 实验部分50-52
• 4.2.1 纳米聚吡咯的制备50-51
• 4.2.2 聚合物凝胶电解质的制备51
• 4.2.3 聚合物准固态染料敏化太阳能电池性能测试51-52
• 4.3 结果和讨论52-54
• 4.3.1 聚合物凝胶电解质的表征52-53
• 4.3.2 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响53-54
• 4.4 纳米聚吡咯添加剂对准固态太阳能电池光电性能的影响54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 总结56-58
• 第六章 研究展望58-59
• 参考文献59-69
• 附录:硕士研究生在读期间发表的论文69-70
• 致谢70

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