用于染料敏化太阳能电池的聚丙烯酸（酯）/聚乙二醇/I-/I3-聚合物凝胶电解质的研究

论文摘要

本论文主要研究了聚丙烯酸（酯）/聚乙二醇（PEG）/I-/I3聚合物凝胶电解质及其在染料敏化太阳能电池（DSSC）中的应用。主要研究内容如下：制备新型聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯）/聚乙二醇400/I-/I3-（P（MMA-BA）/PEG400/I-/I3-）聚合物凝胶电解质。基于该凝胶电解质的DSSC的光伏转换效率η=0.91%（0.16cm2,AM 1.5,100 mW.cm-2）。制备了新型聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸）/聚乙二醇400/I-/I3-（P（MMA-BA-MAA）/PEG400/I-/I3-）聚合物凝胶电解质。优化后的聚合物凝胶电解质组分为：20 wt.%P（MMA-BA-MAA）/PEG400,0.6 mol/L NaI,0.06 mol/L I2,溶剂为γ-丁内酯（GBL）;30℃时电导率达到3.12 mS.cm-1。优化后DSSC的η=3.63%（0.16cm2,AM 1.5,100mW.cm-2）和2.10%（0.36cm2, AM 1.5,100 mW.cm-2）,与相应的基于液体电解质DSSC的η相当,η=3.83%（0.16cm2）和2.23%（0.36cm2）。发现对基于液体电解质DSSC的η有促进作用的电解质添加剂叔丁基吡啶（TBP）、吡啶（PY）、异硫氰酸胍（GuSCN）,对P（MMA-BA-MAA）/PEG400/NaI/I2聚合物凝胶电解质存在不同的效果,这归因于聚合物凝胶电解质中存在离子键和氢键作用。发现TBP和GuSCN对η有抑制作用,而PY对η有促进作用。由于该聚合物凝胶电解质中存在离子键和氢键作用,所以含有COOH的聚合物体系在形成稳定的凝胶和碱性添加剂匹配之间存在一个最优化配方。用IR分析了聚合物凝胶电解质中的氢键作用。用热失重（TGA）研究了聚合物的热稳定性。用太阳能光伏系统测试了DSSC的光伏性能。同时,测试了DSSC的外量子效率（IPCE）以及电池的交流阻抗（EIS）。合成了（丙烯酸/烯丙氧基聚乙二醇）共聚物（PAA/APEG）,制备可用于DSSC的聚合物凝胶电解质PAA/APEG/KI/I2/GBL。考察了交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺（Bis）对PAA/APEG吸液率的影响,研究表明,当交联剂Bis含量为单体2wt.%时,PAA/APEG的吸液率最高,30℃电导率可达6.892mS.cm-1。与相应的液体电解质NaI/I2/GBL的σ=7.79 mS.cm-1相当,远大于聚合物固体电解质（σ=10-3～10-5 mS.cm-1）。以上各体系分别用1H NMR和IR对聚合物分子结构进行了表征。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 太阳能电池的发展
• 1.3 染料敏化太阳能电池（nss）C的国内外发展动态
• 1.3.1 太阳能电池的性能参数
• 1.3.2 DSSC组成简介
• 1.3.3 DSSC电池原理
• 1.3.4 聚合物凝胶电解质的发展
• 1.4 聚合物凝胶电解质的应用及展望
• 1.5 本文的主要研究内容
• 1.6 本文的创新点
• 2聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究'>第二章 基于P（MMA-BA）/PEG400/NaI/I₂聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料、溶液配制及测试仪器
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 溶液配制
• 2.2.3 测试仪器
• 2.3 P（MMA-BA）/PEG400的合成及表征
• 2.3.1 P（MMA-BA）/PEG400的合成
• 2.3.2 P（MMA-BA）/PEG400的表征
• 2聚合物凝胶电解质的制备及电性能测试'>2.4 P（MMA-BA）/PEG400/NaI/I₂聚合物凝胶电解质的制备及电性能测试
• 2.4.1 凝胶电解质的制备
• 2.4.2 电性能测试
• 2.5 DSSC的组装及性能测试
• 2.5.1 DSSC的组装
• 2.5.2 DSSC性能测试
• 2.6 本章小结
• 2聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究'>第三章 基于P（MMA-BA-MAA）/PEG400/NaI/I₂聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料、溶液配制及测试仪器
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 溶液配制
• 3.2.3 测试仪器
• 3.3 P（MMA-BA-MAA）/PEG400的合成及表征
• 3.3.1 P（MMA-BA-MAA）/PEG400的合成
• 3.3.2 P（MMA-BA-MAA）/PEG400的表征
• 2聚合物凝胶电解质的制备及优化'>3.4 P（MMA-BA-MAA）/PEG400/NaI/I₂聚合物凝胶电解质的制备及优化
• 3.4.1 聚合物凝胶电解质的制备
• 3.4.2 聚合物凝胶电解质的优化
• 3.5 DSSC的组装
• 3.6 DSSC的性能测试
• 3.6.1 电解质添加剂对DSSC效率的影响
• 3.6.2 DSSC的EIS测试
• 3.6.3 DSSC的IPCE测试
• 3.7 本章小结
• 2凝胶电解质的制备及研究'>第四章 （丙烯酸/烯丙氧基聚乙二醇）（PAA/APEG）共聚物/KI/I₂凝胶电解质的制备及研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料、溶液配制及测试仪器
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 溶液配制
• 4.2.3 测试仪器
• 4.3 PAA/APEG共聚物的合成及热性能测试
• 4.3.1 PAA/APEG共聚物的合成
• 4.3.2 热性能测试
• 2共聚物凝胶电解质的制备及电性能测试'>4.4 PAA/APEG/KI/I₂共聚物凝胶电解质的制备及电性能测试
• 4.4.1 共聚物凝胶电解质的制备
• 4.4.2 电性能测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表或已接受的论文及专利
• 致谢