染料敏化太阳能电池准固态聚合物电解质研究

【摘要】：在准固态电解质中，由于以聚合物为基体的电解质在材料的选择、设计及合成上具有灵活性，制备工艺相对比较简单，组装电池具有较高的光电转换效率，因此受到人们的广泛关注和高度重视。而在众多的聚合物基体中，由于聚氧化乙烯（PEO）能溶解碱金属盐，并且与其形成的配合物具有较高的离子导电性和良好的成膜性，因此对于准固态电解质的大部分研究工作集中在对PEO或类似结构聚合物的研究上，特别是离子电导率较高的PEO/P(VDF-HFP)/SiO_2基体复合聚合物电解质。 本文针对聚合物电解质在电池具体应用中离子电导率低、存在界面复合及氧化还原电对扩散系数小，开展了对PEO/P(VDF-HFP)/SiO_2基体复合聚合物电解质的研究。通过不同改性方法制备准固态电解质，探讨聚合物电解质的导电规律，考察添加剂对电解质离子电导率的影响，以及对电池光电性能的影响，提高DSSC的光电转换效率。本文主要内容如下： 1.聚合物电解质离子电导相对于液态的低，从而影响了电池的短路电流及其效率。本文探索了不同氧化还原电对的碘锂比对电解质的电导性能，同时在此基础上添加增塑盐——双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LiTFSI），并优化其含量来提高DSSC的效率。具体研究了增塑盐含量的变化对聚合物电解质的电导，热性能以及由其组装而成的DSSC光电性能等方面的影响，实验表明，经LiTFSI改性后，电解质Tg降低，从而增加了电解质的离子电导率。 2.界面复合是另一个影响聚合物电解质DSSC电池效率的关键性因素。为解决这一瓶颈，本文使用酰胺盐（乙酰胺）改性PEO/P(VDF-HFP)/SiO_2电解质，EIS分析结果显示，乙酰胺的加入明显增加了电子寿命从而抑制了DSSC内部界面的电子复合；同时因乙酰胺中含有的-C=O和-NH_2易与电解质中的K~+和I_3~-络合，有利于溶解KI，从而使得电解质的电导率增加。 3.聚合物电解质的离子电导率之所以低于液态电解质，在一定程度上归因于其离子扩散系数小。本文向PEO/P(VDF-HFP)/SiO_2电解质中添加四乙基四氟硼酸铵（Et_4NBF_4）以提高电解质的离子扩散系数，促进了离子在电解质中的移动速率，从而增加了聚合物电解质的离子电导率，最终表现为染料敏化太阳能电池短路电流的增加。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚合物电解质 离子电导 电子复合 离子扩散系数
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 引言11-14
• 2 绪论14-21
• 2.1 染料敏化太阳能电池的发展14-15
• 2.2 染料敏化太阳能电池15-18
• 2.2.1 DSSC 的电池结构15-18
• 2.2.1.1 多孔半导体薄膜15-16
• 2.2.1.2 染料16
• 2.2.1.3 电解质16-17
• 2.2.1.4 对电极17-18
• 2.3 准固态聚合物电解质18-20
• 2.4 论文的选题目的及研究内容20-21
• 3 增塑盐改性准固态电解质的研究21-36
• 3.1 研究背景21
• 3.2 实验部分21-23
• 3.2.1 实验试剂21
• 3.2.2 电池的组装21-22
• 3.2.3 性能表征22-23
• 3.3 结果与分析23-35
• 3.3.1 傅里叶红外光谱分析23-26
• 3.3.2 DSC 分析26-28
• 3.3.3 离子电导率分析28-30
• 3.3.4 电池性能表征30-31
• 3.3.5 阻抗分析31-35
• 3.4 小结35-36
• 4 酰胺盐改性聚合物电解质36-48
• 4.1 研究背景36
• 4.2 实验部分36-38
• 4.2.1 实验试剂36-37
• 4.2.2 电解质的制备37
• 4.2.3 电池的组装37
• 4.2.4 性能表征37-38
• 4.3 结果与讨论38-47
• 4.3.1 FT-IR 测试39-41
• 4.3.2 DSC 分析41-43
• 4.3.3 离子电导率分析43-44
• 4.3.4 电池性能分析44-45
• 4.3.5 电化学阻抗分析45-47
• 4.4 小结47-48
• 5 季铵盐改性 PEO/P(VDF-HFP)准固态电解质 DSSC48-57
• 5.1 研究背景48
• 5.2 实验部分48-50
• 5.2.1 实验试剂48
• 5.2.2 电解质的制备48-49
• 5.2.3 电池的组装49
• 5.2.4 性能表征49-50
• 5.3 结果与讨论50-56
• 5.3.1 傅里叶红外光谱50-51
• 5.3.2 DSC 热分析51-52
• 5.3.3 离子电导率分析52-53
• 5.3.4 氧化还原电对扩散系数的研究53-54
• 5.3.5 电池性能的测试54-56
• 5.4 小结56-57
• 6 总结与展望57-59
• 参考文献59-67
• 在学研究成果67-69
• 致谢69

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