染料敏化太阳能电池用触变性电解质研究

【摘要】：染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池作为一种廉价高效的光伏设备近年来备受人们关注，这种电池是一种多组分体系，电解质是其组成的核心部分。目前高效的电解质为液态电解质，但其组装的电池仅光电转换效率单方面达到了工业化要求，然而由于溶剂易挥发、易泄露、难封装等缺点，造成器件稳定性差，使用寿命短，远远不能满足实用化要求。准固态和固态电解质成为近年来研究的热点。准固态和固态电解质电池效率无法与液态电解质相比，主要是由于这种电解质的填充性和孔隙填充性较差，不能形成有效地界面结合，电解质中离子的迁移速度较差等原因制约了电池效率的提高。因此，染料敏化太阳能电池用触变性电解质的研究具有重要意义。 本论文通过溶胶水热法合成纳米TiO2溶胶，运用电流体动力学方法(electro-hydrodynamic，EHD)制备了纳米晶TiO2多孔光阳极薄膜。分别采用SiO2溶胶，SiO2纳米粉体两种不同前驱体并配合离子液体电解质制备了两类触变性准固态电解质。通过XRD、SEM及吸收光谱等方法对光阳极薄膜进行表征。结果表明：纳米晶TiO2光阳极薄膜中TiO2为锐钛矿型，薄膜中具有多孔结构特征，N3染料敏化后光阳极表现出良好的光吸收。两类血液仿生触变性电解质均具有优异的热稳定性、较好的离子电导能力和孔隙填充性。 利用血液仿生触变性电解质成功组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能的分析。在模拟太阳光强度为100mW/cm2下，TOPE型电解质组装电池获得的最高总体光电能量转换效率为6.04%，NAPE型电解质组装电池获得的最高总体光电能量转换效率为6.44%，并且均具有较高的填充因子(≥0.65)。电化学阻抗分析结果表明，这种触变性准固态电解质表现出与离子液体电解质相比拟的电荷传输能力。在未进行任何封装条件下，NAPE型和TOPE型电解质组装电池器件10天测试时间内，电池器件的稳定性都明显优于离子液体电解质电池。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 准固态电解质 SiO2 触变性
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 DSSC 电解质国内外研究进展11-13
• 1.3 染料敏化太阳能电池的电解质13-15
• 1.3.1 液态电解质14
• 1.3.2 固态电解质14
• 1.3.3 准固态电解质14-15
• 1.3.4 存在的问题15
• 1.4 本论文的研究内容15-16
• 第2章 实验和测试方法16-25
• 2.1 引言16-18
• 2.1.1 实验试剂16-17
• 2.1.2 实验仪器17-18
• 2.2 实验方法18-23
• 2.2.1 离子液体电解质的制备18
• 2.2.2 纳米 SiO_2粒子型准固态电解质的制备18-19
• 2.2.3 SiO_2溶胶型准固态电解质的制备19
• 2.2.4 纳米晶多孔 TiO_2薄膜的制备19-22
• 2.2.5 对电极的制备以及准固态电解质 DSSC 的组装22-23
• 2.3 测试方法23-25
• 2.3.1 SEM 测试23
• 2.3.2 紫外-可见吸收光谱测试23
• 2.3.3 热失重测试23-24
• 2.3.4 触变性电解质的离子导电性能测试24
• 2.3.5 电池器件的 V-I 性能测试24
• 2.3.6 电池的电荷转移过程分析24-25
• 第3章 光阳极薄膜的结构及电解质性质表征25-37
• 3.1 引言25-26
• 3.2 染料敏化纳米晶 TiO_2光阳极薄膜的结构表征26-28
• 3.2.1 XRD 测试结果分析26-27
• 3.2.2 纳米晶 TiO_2光阳极薄膜的 SEM 测试分析27-28
• 3.2.3 染料敏化光阳极薄膜的吸收光谱分析28
• 3.3 触变性电解质性质表征28-35
• 3.3.1 流动性分析29-30
• 3.3.2 热稳定性分析30-31
• 3.3.3 热失重分析31-32
• 3.3.4 触变性电解质离子电导率分析32-34
• 3.3.5 触变性电解质在染料敏化 TiO_2薄膜中分布34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 电池器件的光电性能37-54
• 4.1 引言37-38
• 4.2 TOPE 型电解质组装电池器件的光电性能分析38-45
• 4.2.1 电池器件的 V-I 曲线分析38-40
• 4.2.2 不同光强的 V-I 曲线分析40-41
• 4.2.3 不同解质的电荷传输行为分析41-43
• 4.2.4 电池器件稳定性分析43-45
• 4.3 NAPE 型触变性电解质组装电池器件的光电性能分析45-52
• 4.3.1 电池器件的 V-I 曲线分析45-47
• 4.3.2 不同光强电池器件的 V-I 曲线分析47-48
• 4.3.3 不同电解质的电荷传输行为分析48-50
• 4.3.4 电池器件稳定性分析50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

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