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

论文摘要

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 %。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能电池发展和现状
• 1.3 太阳能电池的原理及分类
• 1.3.1 硅系太阳能电池
• 1.3.2 多元化合物薄膜太阳能电池
• 1.3.3 有机/聚合物太阳能电池
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理
• 1.5 电池封装与结构
• 1.6 染料敏化太阳能电池中电解质的研究进展
• 1.6.1 液体电解质
• 1.6.2 固体电解质
• 1.6.3 凝胶电解质
• 1.7 对电极材料研究进展
• 1.8 评价太阳能电池的指标
• 1.8.1 单色光电转换效率IPCE
• 1.8.2 短路电流密度Isc
• 1.8.3 开路电压Voc
• 1.8.4 填充因子FF
• 1.8.5 电池的总效率η
• 1.9 染料敏化太阳能电池性能的影响因素
• 1.9.1 太阳光强度对DSSC 光电性能的影响
• 1.9.2 温度对DSSC 光电性能的影响
• 1.10 染料敏化太阳能电池面临的问题
• 1.11 本论文的研究目的和研究内容
• 第二章 AS 基凝胶电解质的制备及在准固态DSSC 中的应用
• 2.1 实验主要药品和仪器
• 2.2 实验部分
• 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
• 2.2.2 准固态染料敏化太阳能电池的制备
• 2.2.3 导电玻璃片的清洗
• 2 多孔薄膜电极的制备'>2.2.4 染料敏化TiO₂多孔薄膜电极的制备
• 2.2.5 对电极的制备
• 2.2.6 准固态染料敏化太阳能电池的组装
• 2.2.7 聚合物准固态染料敏化太阳能电池性能测试
• 2.2.7.1 聚合物凝胶电解质电导率的测试
• 2.2.7.2 准固态染料敏化太阳能电池的性能测试
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 聚合物的浓度对聚合物凝胶电解质电导率的影响
• 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
• 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
• 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
• 2.3.3.2 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 石墨添加剂在准固态DSSC 中的应用
• 3.1 实验主要药品和仪器
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 石墨粉的前处理
• 3.2.2 聚合物凝胶电解质的制备
• 2 薄膜的制备及准固态DSSC 的组装'>3.2.3 敏化TiO₂ 薄膜的制备及准固态DSSC 的组装
• 3.3 性能测试
• 3.3.1 凝胶电解质电导率的测试
• 3.3.2 准固态DSSC 的光电性能测试
• 3.4 结果和讨论
• 3.4.1 聚合物凝胶电解质的表征
• 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
• 3.4.3 温度对聚合物凝胶电解质的影响
• 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
• 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
• 3.4.6 准固态染料敏化太阳能电池的光电性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 纳米聚吡咯的制备及在准固态DSSC 电池中的应用
• 4.1 实验主要药品和仪器
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 纳米聚吡咯的制备
• 4.2.2 聚合物凝胶电解质的制备
• 4.2.3 聚合物准固态染料敏化太阳能电池性能测试
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 聚合物凝胶电解质的表征
• 4.3.2 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响
• 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
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 第六章 研究展望
• 参考文献
• 附录:硕士研究生在读期间发表的论文
• 致谢