DSSC中PVDF/PMMA基准固态电解质的制备与性能表征

论文摘要

长期以来,在染料敏化太阳能电池中主要使用的是液态电解质。由于液态电解质存在不稳定、易挥发、易降解、密封难等缺点,使得染料敏化太阳能电池一直难以实用。用全固态电解质做出来的太阳能电池效率较低,准固态电解质成为是这一领域研究的热点。本文使用了锂离子电池中常用的准固态电解质的制备方法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混基准固态电解质。运用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、四探针电导率测试、电化学工作站等手段,分析并测试了电解质的成分、微观形貌、电导率及伏安曲线,并研究了PVDF和PMMA共混比例、丙三醇、纳米TiO2粒子等对于电解质性能的影响。最后,将几种聚合物薄膜电解质组装成染料敏化太阳能电池,测试其性能。研究结果表明:PVDF和PMMA的最优共混比例为6:4;丙三醇和纳米粒子的加入的提高了电解质的导电性能。其中丙三醇的加入使得电解质薄膜呈多孔结构,有利于电解质中离子的扩散,显著的提高了电解质的电导率。PVDF/PMMA/丙三醇(1500mg)基聚合物薄膜电解质组装的太阳能电池性能最好。开路电压为0.60V,短路电流为1.1mA。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能电池的发展历史
• 1.2 太阳能电池的分类
• 1.3 染料敏化太阳能电池的结构及其工作原理
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的结构
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的光电转换原理
• 1.4 染料敏化太阳能电池中电解质的研究进展
• 1.4.1 液态电解质的研究现状
• 1.4.1.1 有机溶剂液态电解质
• 1.4.1.2 离子液体基液态电解质
• 1.4.2 固态电解质
• 1.4.2.1 无机P-型半导体材料
• 1.4.2.2 导电高聚物
• 1.4.3 准固态电解质
• 1.4.3.1 有机小分子凝胶电解质
• 1.4.3.2 聚合物凝胶电解质
• 1.4.3.3 添加纳米粒子的凝胶电解质
• 1.5 本论文的研究目的和研究内容
• 1.5.1 染料敏化太阳能电池中电解质面临的问题
• 1.5.2 本文的研究思路
• 1.5.2.1 凝胶方法的选择
• 1.5.2.2 聚偏氟乙烯（PVDF）基凝胶电解质的改性
• 1.5.2.3 准固态电解质的制备方法
• 1.5.2.4 相关性能的测试
• 1.5.3 本文的研究方案
• 第二章 PVDF/PMMA 聚合物电解质的制备及性能表征
• 2.1 PVDF/PMMA 聚合物电解质的制备
• 2.1.1 挥发溶剂法制备聚合物电解质
• 2.1.2 相转换法制备聚合物电解质
• 2.1.3 两种方法制得的聚合物薄膜电解质吸液量的衰减对比
• 2.2 扫描电镜观察
• 2.3 聚合物电解质电导率的测量及分析
• 2.3.1 四探针测量电导率
• 2.3.1.1 原理说明
• 2.3.1.2 四探针的定位
• 2.3.1.3 测试方法
• 2.3.1.4 测量结果及分析
• 2.3.2 交流阻抗测量电导率
• 2.3.2.1 交流阻抗谱的测量
• 2.3.2.2 电导率的计算
• 3^-的扩散系数的测量'>2.4 PVDF/PMMA 聚合物电解质中I₃^-的扩散系数的测量
• 3^-的扩散系数的测量方法'>2.4.1 聚合物电解质中I₃^-的扩散系数的测量方法
• 3^-的扩散系数的计算'>2.4.2 聚合物电解质中I₃^-的扩散系数的计算
• 2.5 小结
• 第三章 有机溶剂对PVDF/PMMA 聚合物电解质的改性
• 3.1 PVDF/PMMA/丙三醇聚合物薄膜电解质的制备
• 3.1.1 液态电解质的制备
• 3.1.2 PVDF/PMMA/丙三醇聚合物电解质的制备
• 3.1.2.1 PVDF 和PMMA 的共混
• 3.1.2.2 PVDF-PMMA 聚合物膜的制备
• 3.1.2.3 PVDF/PMMA/丙三醇薄膜电解质的制备
• 3.2 两种方法制得的PVDF/PMMA/丙三醇薄膜电解质的对比
• 3.2.1 聚合物薄膜的微观形貌观察
• 3.2.2 聚合物薄膜电解质的电导率
• 3.3 不同丙三醇加入量对于聚合物电解质的性能影响及研究
• 3.3.1 吸液量的测量
• 3.3.2 聚合物薄膜的傅立叶变换红外光谱
• 3.3.3 PVDF/PMMA/丙三醇聚合物薄膜的微观形貌
• 3.3.4 四探针法测量电导率及分析
• 3.3.5 交流阻抗测量电导率及分析
• 3.3.5.1 交流阻抗谱的测量
• 3.3.5.2 电导率的计算和分析
• 3^-的扩散系数的测量及分析'>3.3.6 聚合物电解质中I₃^-的扩散系数的测量及分析
• 3.4 聚乙二醇改性PVDF/PMMA 聚合物电解质
• 3.4.1 PVDF/PMMA/聚乙二醇聚合物薄膜电解质的制备
• 3.4.2 吸液量的测量及分析
• 3.4.3 电导率的测量及分析
• 3^-离子扩散系数的测量及分析'>3.4.4 电解质中I₃^-离子扩散系数的测量及分析
• 3.5 小结
• 第四章 纳米粒子对PVDF/PMMA 基聚合物电解质的改性
• 2 聚合物薄膜电解质的制备'>4.1 PVDF/PMMA/纳米TiO₂聚合物薄膜电解质的制备
• 4.1.1 纳米粒子的分散
• 4.1.1.1 纳米粒子的分散原理
• 2 的预处理'>4.1.1.2 纳米TiO₂的预处理
• 2 聚合物薄膜电解质的制备'>4.1.2 PVDF/PMMA/纳米TiO₂聚合物薄膜电解质的制备
• 4.2 吸液量的测量
• 2 的聚合物薄膜的微观形貌'>4.3 添加纳米TiO₂的聚合物薄膜的微观形貌
• 4.4 电导率的测量及分析
• 3^-的扩散系数的测量及分析'>4.5 聚合物电解质中I₃^-的扩散系数的测量及分析
• 4.6 小结
• 第五章 准固态染料敏化太阳能电池的制备与性能测试
• 5.1 准固态染料敏化太阳能电池的制备
• 5.1.1 导电玻璃片的清洗
• 2 多孔薄膜电极的制备'>5.1.2 染料敏化TiO₂多孔薄膜电极的制备
• 5.1.3 准固态染料敏化太阳能电池的组装
• 5.2 染料敏化太阳能电池的性能测试
• 5.3 聚合物电解质组装入太阳能电池测试的I-V 特征曲线
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文