染料敏化太阳能电池中聚合物凝胶电解质及TiO2有序膜的研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）由于具有低成本、易制备和高的光电转换效率等优点而成为当前研究的热点。本文通过对含不同胶凝剂的聚合物凝胶电解质的研究,探讨电解质的导电机理,考察不同胶凝剂和不同碘盐对电解质的电导率和准固态DSSC光电性能的影响,以期提高准固态DSSC的使用寿命和光电性能;并初步研究了用聚苯乙烯胶体晶体作为模板制备有序TiO2薄膜的方法,讨论了薄膜的微观结构对电子传输机理的影响。主要内容如下:（1）制备了新型聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I- /I2;探讨了不同的有机溶剂、聚（丙烯腈-苯乙烯）（AS）的浓度、N-甲基喹啉碘盐（C10H10N+I-）的浓度和温度对聚合物凝胶电解质导电性能及准固态染料敏化太阳能电池光电性能的影响;比较了AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I-和AS-EC/PC/DMC-NaI/I2所组装的准固态DSSC在光电性能上的差别。结果表明:当AS的浓度为17%,混合有机溶剂乙烯碳酸酯（EC）、丙烯碳酸酯（PC）和碳酸二甲酯（DMC）的质量比为4:2:1,C10H10N+I-的浓度为0.6M,碘（I2）的浓度为0.06M时,该聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I-/I2的电导率为5.12ms·cm-1（25℃）;以其组装的DSSC在100mW/cm2模拟太阳光照射下,取得了4.04%光电转换效率且具有较长期的稳定性,性能要优于聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-NaI/I2体系的。（2）制备了新型聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I2。该聚合物凝胶电解质在124℃以下的失重率为3.73%,其具有很好的热稳定性,能够满足DSSC的使用要求。在25℃的条件下,PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I2的电导率为6.89 ms·cm-1。该凝胶电解质组装的电池,在100mW/cm2的模拟太阳光照射下取得了4.78%光电转换效率。（3）文中还利用聚苯乙烯胶体晶体模板制备二氧化钛有序薄膜,并对聚苯乙烯胶体晶体模板和二氧化钛有序膜的微观结构进行表征。结果表明:采用垂直自然沉积法得到的胶体晶体模板缺陷较少,结构的均一性较好,以其作为模板制备的二氧化钛薄膜相对有序;以该有序薄膜组装的染料敏化太阳能电池获得较高的开路电压。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能电池的发展历史
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及其工作原理
• 1.2.1 DSSC 结构
• 1.2.2 DSSC 光电转换原理
• 1.3 阳极材料的研究进展
• 1.4 染料的研究进展
• 1.4.1 钌多吡啶有机金属配合物
• 1.4.2 纯有机染料
• 1.4.3 其它金属配合物染料
• 1.4.4 天然染料
• 1.4.5 半导体量子点染料
• 1.5 电解质研究进展
• 1.5.1 液态电解质
• 1.5.2 凝胶电解质
• 1.5.3 固态电解质
• 1.6 对电极研究进展
• 1.7 染料敏化太阳能电池性能的影响因素
• 1.7.1 太阳光强度对DSSC 光电性能的影响
• 1.7.2 温度对DSSC 光电性能的影响
• 1.8 染料敏化太阳能电池面临的问题
• 1.9 本论文的研究目的和研究内容
• 10H₁₀N⁺I^-/I₂的制备及其在准固态DSSC 中的应用'>第二章 新型聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C₁₀H₁₀N⁺I^-/I₂的制备及其在准固态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 N-甲基喹啉碘盐的制备
• 2.2.2 聚合物凝胶电解质的制备
• 10H₁₀N⁺I^-/I₂ 的制备'>2.2.2.1 聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C₁₀H₁₀N⁺I^-/I₂的制备
• 2 的制备'>2.2.2.2 聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-NaI/I₂的制备
• 2.2.3 准固态染料敏化太阳能电池的制备
• 2.2.3.1 导电玻璃片的清洗
• 2 多孔薄膜电极的制备'>2.2.3.2 染料敏化TiO₂多孔薄膜电极的制备
• 2.2.3.3 对电极的制备
• 2.2.3.4 准固态染料敏化太阳能电池的组装
• 2.2.4 性能测试
• 2.2.4.1 聚合物凝胶电解质的性能测试
• 2.2.4.2 准固态染料敏化太阳能电池性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚合物AS 对电解质电导率的影响
• 2.3.2 有机溶剂对电解质电导率的影响
• 2.3.3 有机溶剂对DSSC 光电性能的影响
• 2.3.4 温度对电导率的影响
• 2.3.5 N-甲基喹啉碘盐的浓度对电解质电导率的影响
• 2.3.6 N-甲基喹啉碘盐的浓度对DSSC 光电性能的影响
• 2.3.7 不同电解质组装的DSSC 光电性能的比较
• 2.3.8 准固态DSSC 与液体DSSC 的稳定性的比较
• 2.4 小结
• 2的制备及其对准固态DSSC 性能的影响'>第三章 新型聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NAI/I₂的制备及其对准固态DSSC 性能的影响
• 3.1 实验主要药品和仪器
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 单体甲基丙烯酸甲酯的精制
• 3.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯的合成
• 3.2.3 聚合物凝胶电解质的制备
• 2 的制备'>3.2.3.1 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I₂的制备
• 10H₁₀N⁺I^-/I₂ 的制备'>3.2.3.2 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-C₁₀H₁₀N⁺I^-/I₂的制备
• 2 薄膜的制备及DSSC 的组装'>3.2.4 敏化TiO₂ 薄膜的制备及DSSC 的组装
• 3.2.5 性能测试
• 3.2.5.1 凝胶电解质电导率的测试
• 3.2.5.2 准固态DSSC 的光电性能测试
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯在凝胶电解质中的作用
• 3.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯的浓度对电解质性能的影响
• 3.3.3 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响
• 2 的热稳定性'>3.3.4 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I₂的热稳定性
• 3.3.5 NaI 的浓度对电解质电导率和DSSC 光电性能的影响
• 3.3.6 不同电解质组装的DSSC 光电性能的比较
• 3.3.7 染料敏化太阳能电池稳定性的比较
• 3.4 小结
• 2有序膜制备的初探'>第四章 染料敏化太阳能电池中TIO₂有序膜制备的初探
• 4.1 实验主要药品和仪器
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 苯乙烯单体的精制
• 4.2.2 聚苯乙烯胶体晶体的制备
• 4.2.3 染料敏化二氧化钛有序膜的制备
• 4.2.4 电池的组装和性能测试
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 聚苯乙烯胶体晶体模板的比较
• 4.3.2 二氧化钛薄膜SEM 分析
• 4.3.3 染料敏化太阳能电池的光电性能
• 4.4 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 附录：硕士研究生在读期间发表的论文
• 致谢