介观太阳能电池高效稳定电解质添加剂的研究

【摘要】：作为两种典型的介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells),染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSCs)和钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells, PSCs)由于具有低成本,环境友好,制备工艺简单等优点,被世界各国科学家广泛研究。添加剂对于提升介观薄膜太阳能的光电性能和长期稳定性具有重要的作用。本论文结合离子液体本身难挥发的优势和吡啶基团在电解质中的特殊作用,开发了两类高效、稳定的吡啶基功能化离子液体,并将其应用于染料敏化太阳能电池电解质和钙钛矿太阳能电池空穴传输剂中,不仅简化了体系,而且也增加了其稳定性。 首先,我们合成了吡啶基碘盐作为DSCs的电解质新型添加剂。与传统的添加剂4-叔丁基吡啶(TBP)相比,这类碘盐表现出双功能特性,既能提供碘负离子,又能抑制电子复合。该工作系统研究了这类吡啶基碘盐添加剂的热稳定性,并揭示了分子结构与电解质特性及电池光电性能之间的关系。结果表明,基于这类吡啶基碘盐,DSCs的电解质体系可以大大简化,这有利于降低电池成本。同时,在使用商业化TiO2(P25)光阳极的基础上,包含这种新型添加剂的DSCs获得了7.81%的能量转换效率,这一结果可以与基于TBP的电池器件相媲美。此外,基于这种新型添加剂的DSCs表现出了良好的耐久性。 其次,我们首次将一种离子液体型添加剂N-丁基-N'-(4-吡啶基庚)咪唑双三氟甲基磺酰亚胺鎓盐(BuPyIm-TFSI)引入PSCs电池体系中。与传统的添加剂TBP不同,这种添加剂无毒、不易挥发、性能较为稳定。更重要的是,这种添加剂具有双功能特性,即不但可以提高空穴传输材料的电学性能,又能抑制PSCs中电荷复合。研究结果表明,添加BuPyIm-TFSI明显提高了空穴传输层(spiro-OmetaD)的电导率,并减小了电池内部的暗电流,电池的能量转换效率也因此从3.83%(纯spiro-OmetaD)提高了7.91%。采用这种双功能的添加剂可以有效简化空穴传输剂的成分,降低电池的生产成本。 【关键词】：添加剂 电解质 染料敏化太阳能电池 钙钛矿太阳能电池 空穴传输剂
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-29
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池(DSCs)10-20
• 1.2.1 基本结构及工作原理10-11
• 1.2.2 性能参数11-13
• 1.2.3 各组件的研究现状13-17
• 1.2.4 电解质添加剂的研究现状17-20
• 1.3 钙钛矿太阳能电池(PSCs)20-28
• 1.3.1 基本结构及工作原理20-21
• 1.3.2 各组件的研究现状21-27
• 1.3.3 空穴传输材料添加剂的研究现状27-28
• 1.4 课题研究内容及意义28-29
• 2 实验方法29-34
• 2.1 试剂和设备29-30
• 2.1.1 实验试剂29-30
• 2.1.3 实验设备30
• 2.2 分析测试方法30-34
• 2.3.1 紫外可见吸收光谱(UV-VIS)30
• 2.3.2 X射线衍射分析(XRD)30-31
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)31
• 2.3.4 热失重-差热分析(TGA-DSC)31
• 2.3.5 电化学阻抗谱(EIS)31-32
• 2.3.6 线性伏安测试(LSV)32-33
• 2.3.7 阶跃式光致瞬态光电流和光电压谱(SLIM-PCV)33
• 2.3.8 莫特-肖特基(Mott-Schottky)曲线测试33-34
• 3 吡啶基功能化季铵盐的合成及其在DSCs电解质中的应用34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-37
• 3.2.1 吡啶基季铵盐的合成及结构表征34-35
• 3.2.2 器件制备35-37
• 3.3 结果与讨论37-46
• 3.3.1 热稳定性分析37
• 3.3.2 添加量的优化37-38
• 3.3.3 取代基结构的影响38-42
• 3.3.4 作用机理研究42-46
• 3.3.5 电池耐久性研究46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 吡啶基功能化离子液体的合成及其在PSCs空穴传输剂中的应用48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48-58
• 4.2.1 全固态PSCs的制备48-51
• 4.2.2 PSCs器件制备条件优化51-56
• 4.2.3 吡啶基功能化离子液体的合成及表征56-57
• 4.2.4 全固态电解质的配制57-58
• 4.3 结果与讨论58-64
• 4.3.1 热稳定性测试58
• 4.3.2 器件结构表征58-60
• 4.3.3 光电性能表征60-62
• 4.3.4 掺杂机理研究62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-74
• 致谢74-75

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究    郭薇

非铂催化材料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    武明星

Cs_3(HSO_4)_2(H_2PO_4)的制备及其导电性研究    赵国燕;郭金福;卢印;

NaCl介质中AZ31镁合金的动态电化学腐蚀行为研究    李凌杰;于生海;雷惊雷;何建新;王敬丰;潘复生;

碳化硼的改性及其在有机硅树脂中的应用    徐正彬;贾梦秋;

防腐阻燃型玻璃鳞片/环氧树脂涂料的性能    李晶;黄丽;

Ag@SiO_2纳米复合涂层在大肠杆菌作用下的电化学阻抗谱研究    张新生;王洁欣;乐园;陈建峰;

钛合金TC4塑性变形后在3%NaCl溶液中的交流阻抗谱    姜应律,吴荫顺

镁合金涂装体系盐雾条件下失效过程的电化学阻抗谱特征    涂运骅,高瑾,李久青,张薇

含水量对X70钢在大港滨海盐渍土壤中腐蚀行为的影响    陈旭;杜翠薇;李晓刚;梁平;鲁新如;

温度对Q235钢在大港土中腐蚀行为和机理的影响    聂向晖;杜翠薇;李晓刚;

MPA包覆的银纳米粒子修饰电极制备和电化学表征    吕桂琴;姚爱丽;郑传明;

阴极保护电位对Q235钢氢脆敏感性和力学性能的影响    高志明;文丽娟;

阴极保护对Q235钢空泡腐蚀行为影响的研究    刘洋洋;高志明;王震;

聚二乙烯基乙炔的氢氯化改性    陶长元;薛红涛;刘作华;杜军;范兴;刘仁龙;

基于电学方法的再制造零部件缺陷检测与寿命预测应用基础研究    康嘉杰;徐滨士;王海斗;王成彪;

模拟深海环境中环氧粉末涂层失效行为研究    唐俊文;邵亚薇;张涛;孟国哲;王福会;

氧化铝合金在空化作用下的腐蚀电化学行为    雍兴跃;侯纯扬;武杰;张正;李栋梁;汪磊;李斌;

潮汐发电贯流电机用钢阴极保护时的电化学阻抗谱和表面力学特征    高志明;林峰;宋诗哲;

NASICON固体电解质的制备及其导电性能研究    胡艳琴;王运福;宋玉哲;韩根亮;李工农;刘国汉;

Gd掺杂CeO_2固体电解质的电化学特性研究    吴翔;周贞;简家文;

一种噻吩唑类化合物对铜的缓蚀作用研究    杨文忠;陈云;唐永明;刘瑛;尹晓爽;

海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究    常雪婷

涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究    王洪芬

改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究    王爱萍

锗在锌电积中的行为及添加剂作用的研究    刘春侠

咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究    张启波

用于有机磷农药残留检测的免疫生物传感器的研究    蒋雪松

用于农药残留检测的压电免疫生物传感器的研究    黄君冉

不锈钢表面氮掺杂二氧化钛薄膜的制备及其性能研究    王鹤峰

固体氧化物燃料电池阳极及连接材料的制备与性能研究    沈羽

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响    庞宇

奥氏体不锈钢点蚀行为的研究    徐珊

红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究    李新义

钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究    梁静

高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响    任振伟

聚苯胺对镁合金环氧防护涂层耐蚀性能的影响    张颖君

缝隙和静水压力环境对316L不锈钢腐蚀行为的影响    丛园

三电极电化学传感器等效电路模型的研究    李瑞

树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究    徐乐

钢筋腐蚀监测系统的设计与实现    于秀玲

硫化物纳米管及其研究进展    马江虹,翟玉春,田彦文

阴极修饰对染料敏化TiO_2太阳能电池性能的改进    范乐庆,吴季怀,黄昀昉,林建明

过渡金属硫化物纳米粒子制备技术研究进展    何杰;管翠诗;安长华;王宗贤;

过渡金属硫化物催化剂催化加氢作用机理    柴永明;安高军;柳云骐;刘晨光;

过渡金属磷化物的制备和催化性能研究    刘理华;李广慈;刘迪;柳云骐;刘晨光;

纳米半导体研究进展    李新勇,李树本

Preparation of porous nanocrystalline TiO_2 electrode by screen-printing technique    

Electronic structure and catalytic behavior of tungsten carbides    

过渡金属磷化物的加氢精制催化性能研究进展    孙福侠;李灿;

世界铂族金属矿产资源及开发    张苺;

理论探讨‘风筝’型分子具有好的空穴传输性能的原因    苏忠民;耿允;吴水星;高洪泽;杨国春;

含空穴传输和电子注入基的发光化合物的制备    冯丽恒;别红彦;张彩红;陈兆斌;

咔唑类衍生物T_2C空穴传输性能的理论研究    韩立志;谢敏;杜曼;陆婉婷;刘艳玲;

基于蒽的有机电致发光材料的合成和性能研究    黄锦海

含芳胺或吡咯并吡咯二酮的聚合物合成及光电性能研究    谭华

两类新型有机分子在有机电致发光器件中的应用    杨中锋

基于聚合物的有机电致发光器件的研究    邓静

菲并咪唑衍生物的设计、合成、表征及其在有机电致发光器件中的应用    张莹

含D-π-A结构的有机发光材料的合成及性能研究    张正垠

介观太阳能电池高效稳定电解质添加剂的研究    张鸿