新型离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

论文摘要

本论文主要是开发非咪唑类的新型低粘度高导电离子液体,并将其用于染料敏化太阳能电池中,发展高效、低价的染料敏化太阳能电池,同时探讨其内部传输机制。主要内容包括以下几个方面:成功设计并合成S-烷基取代四氢噻吩筠类和三烷基锍类新型电活性和非电活性有机离子液体,利用核磁共振氢谱、电喷雾质谱、红外光谱和元素分析对离子液体的组分和结构进行表征。利用密度计、粘度计、电导率仪、电化学工作站等测试离子液体及以其为基础配制的电解质在不同温度下的密度、粘度、电导率及电活性阴离子和非电活性有机阳离子的扩散系数,从而筛选出合适的离子液体,其中以T2DCA、T2TCM、S221DCA为优。此外,高碘浓度的离子液体电解质中I3-的传输可用物理扩散与键交换相结合的机制来描述。制作基于上述离子液体电解质的染料敏化太阳能电池,进行AM 1.5G模拟太阳光条件下光伏电池器件效率测试。其中在AM 1.5G,100 mW·cm-2模拟太阳光条件下器件A（使用电解质A:T2I/T2DCA/I2/NBB=6:4:1:1,摩尔比）的η为6.5%;器件B（采用电解质B:T2I/T2TCM/I2/NBB=6:4:1:1,摩尔比）的η为6.9%。这是首次用不含溶剂的非咪唑类离子液体电解质在标准AM 1.5G模拟太阳光下使染料敏化太阳能电池达到如此高的效率。而基于S221I/S221DCA离子液体电解质的染料敏化太阳能电池的η为7.2%。利用瞬态光电流和光电压衰减技术及电化学阻抗谱研究器件界面电荷转移动力学以及不同阳离子对纳米晶薄膜中电子扩散系数、寿命和长度的影响。发现离子液体电解质中的阴离子如N（CN）2-、C（CN）3-对TiO2介孔膜的表面态和膜内电子传输有着重要的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 DSC的结构和工作原理
• 1.2.1 DSC的结构
• 1.2.2 DSC的工作原理
• 1.3 DSC相关基础知识
• 1.3.1 太阳光谱
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的评价参数
• 1.4 DSC关键技术研究进展
• 1.4.1 电解质研究进展
• 1.4.2 染料敏化剂研究进展
• 1.4.3 纳米半导体薄膜研究进展
• 1.4.4 对电极和导电基底
• 1.5 论文的研究目的和主要研究内容
• 1.5.1 论文的研究目的
• 1.5.2 论文的主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 室温离子液体的合成
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.1.3 合成方法及步骤
• 2.2 表征与测试技术
• 1HNMR测试'>2.2.1¹HNMR测试
• 2.2.2 红外测试
• 2.2.3 粘度
• 2.2.4 电导率
• 2.2.5 密度
• 2.2.6 熔点
• 2.2.7 扩散系数
• 2.2.8 光电化学测试
• 2.2.9 瞬态光电测试
• 2.2.10 电阻抗测试
• 2.3 本章小结
• 第3章 四氢噻吩鎓类离子液体测试结果与讨论
• 3.1 基本物性测试
• 3.1.1 纯离子液体基本物性测试
• 3.1.2 电解质基本物性测试
• 3.2 DSC光电化学测试
• 3.3 DSC瞬态光电测试
• 3.4 DSC电阻抗测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 三烷基锍类离子液体测试结果与讨论
• 4.1 离子液体基本物性测试
• 4.2 DSC光电化学测试
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢