论文摘要
染料敏化太阳能电池由于其价格低廉,制备工艺简单,环境友好和相对较高的能量转化效率等优势,被认为是最有希望取代传统硅基太阳能电池的新一代光伏器件,从而引起了学术界及工业界极大的研究兴趣。虽然基于液态电解质的电池效率已经超过了11%,但是由于液态电解质的挥发使得电池的稳定性差,开发全固态电池是解决以上问题的根本途径。但是目前报道的固态电解质由于低的电导率和对二氧化钛膜差的浸润性使得全固态染料敏化太阳电池的效率比较低。因此,设计合成新的具有高电导率的固体电解质和提高固体电解质对二氧化钛膜的浸溶性会大大的提高全固态染料敏化太阳电池的性能。针对这一点,我们进行了以下具有创新性的工作：（1）设计合成了酯基功能化的离子导体,将离子导体1与碘,碘化锂混合后,由于离子导体1具有的三维电子传递能力及羰基氧与锂离子的配位作用,使得电子能够沿着碘链快速的传递,使得固态电解质具有非常高的离子电导率,为5.76mS/cm。通过对电解质组成的优化,,用纯有机染料作为敏化剂,最终器件的效率达到6.63%,长期稳定测试发现,电池在1000h内效率基本不变。（2）我们利用价廉易得的原料合成了炔基功能化的咪唑碘盐和哌啶碘盐,其中炔基功能化的咪唑碘盐由于其高的结晶度和特殊的分子排布,具有非常高的电导率,为40mS/cm。将炔基功能化的咪唑碘盐作为单组分的固体电解质应用于染料敏化太阳电池中,取得了6.3%的光电转化效率,长期稳定性测试发现,炔基功能化的咪唑碘盐电解质的电池在1500h内效率基本保持不变。对电极在DSSC工作过程中起到了接受外电路的电子,催化还原电解质中氧化态的成分。传统对电极是由一块镀铂（Pt）的导电玻璃充当,但由于Pt是贵金属,且Pt电极的制备耗能较高,极大的限制了DSSC的大规模应用。导电聚合物由于其价廉易得,制备方法简单,并且具有相对高的电导率和电催化活性对DSSC的实际应用具有十分重大的意义。因此,我们开展了以下具有创新性的研究工作：（1）为了提高聚苯胺对电极的性能,我们在导电玻璃上原位生长了聚苯胺纳米线阵列,结合Co3+/Co2+电解质应用于染料敏化太阳能电池中。与无规的聚苯胺和铂相比较,聚苯胺纳米线展现出良好的电催化活性和稳定性。由于其高的电催化活性,聚苯胺纳米线对电极电池的短路电流和填充因子都要比无规的聚苯胺和铂高。用有机染料作为敏化剂,聚苯胺纳米线对电极电池的效率为8.24%,无规的聚苯胺的为5.79%,铂的为6.78%。（2）通过原位电聚合的方法制备了液晶PEDOT作为对电极,利用Co3+/Co2+作为电解质,纯有机染料作为敏化剂,由于液晶的性质增加了其电导率,相比普通的PEDOT,液晶PEDOT对电极具有高的电催化活性和电池性能。这种方法也可以将液晶PEDOT原位电聚合制备在柔性基底例如塑料和纤维上,为制备柔性的电池提供了一种直接的可能性。（3）通过Au-I的相互作用,我们在对电极上控制金纳米颗粒的定向生长,然后再用旋涂的方法制备一层溴掺杂的PEDOT作为对电极。利用固相原位聚合的技术合成了电导率高的溴掺杂的PEDOT,将其作为固态电解质。通过对电池的性能研究发现,电池的效率随着金纳米颗粒随着组装层数的增加而增加。可能主要由以下原因组成：由于金纳米颗粒的plasma峰随着组装层数的增加而红移,有利于染料吸收近红外区的光使得电池的电流增加；随着组装层数的增加,金纳米颗粒的{111)晶面明显增加,由于{111}是金的催化活性面,碘负离子能够控制金纳米颗粒{111}晶面的定向生长增加其催化活性是电池效率提高的一个可能其催化活性增加。
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标签：染料敏化太阳电池论文; 固态电解质论文; 导电聚合物论文; 自组装论文;