基于有机离子塑性晶体固态染料敏化太阳能电池的研制

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）因具有高的光电转换效率、较低的成本，和制作简单等优点，而被认为是一种可取代硅太阳能电池的新型太阳能电池。电解质作为DSSC的一个组成部分对电池的性能起重要的作用。DSSC使用液态电解质时，电池效率已超过12%，但由于液态电解质存在易挥发、易泄露等缺点影响了电池的长期稳定性。此外，电解质中常用的氧化还原对I/I3，对金属电极有腐蚀作用，对可见光的吸收降低了电池的工作效率。 针对上述问题，本论文将固态有机离子塑性晶体和非碘氧化还原对应用于DSSC电解质，主要研究内容如下： （1）将7nm的二氧化硅纳米粒子和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑碘盐（EMII）掺杂到有机离子塑性晶体N,N-甲基丙基吡咯烷鎓碘盐（P12I）中，制备具有高电导率的常温固体电解质。组装的固态染料敏化太阳能电池在常温50mW cm-2光强下光电转换效率可达到5.25%，并且电池能在长期使用过程中保持很好的稳定性。 （2）设计合成了一类基于双季铵盐阳离子的有机离子塑性晶体材料。通过改变相关烷基链和亚甲基链的长度并且变换不同的阴离子得到热性能相异的材料，并且利用热重分析（TGA）、差示扫描量热法(DSC)、变温X射线衍射（XRD）等测试方法表征材料的热性能验证材料的晶相变化。 （3）合成了一种基于3-巯基丙酸的有机氧化还原对（BMIT/BMIDT）,并将其应用于非碘液体电解质染料敏化太阳能电池中。在低浓度（0.1M/0.1M）且不加锂盐的情况下，非碘电池在100mW cm-2和50mW cm-2光强的光电转换效率分别可达到6.70%和8.10%，而相同情况下I/I3的效率只有1.69%和1.93%。 【关键词】：塑性晶体 染料敏化太阳能电池 固体电解质 有机氧化还原对
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 DSSC 的结构和工作原理10-13
• 1.2.1 DSSC 的结构10
• 1.2.2 DSSC 的工作原理10-12
• 1.2.3 DSSC 的性能参数12-13
• 1.3 塑性晶体及其塑晶固体电解质的应用13-19
• 1.3.1 塑性晶体及研究进展13-15
• 1.3.2 塑性晶体电解质在锂离子电池中的应用15-17
• 1.3.3 塑性晶体电解质在固态 DSSC 中的应用17-19
• 1.4 DSSC 氧化还原对应用研究进展19-20
• 1.5 本论文的研究内容及创新之处20-21
• 1.5.1 本论文主要研究内容20
• 1.5.2 本论文的创新之处20-21
• 第二章 基于纳米 SiO2掺杂有机离子塑性晶体固态电解质 DSSCs 的研制21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 实验材料21
• 2.2.2 实验仪器21
• 2.2.3 N,N-甲基丙基吡咯烷鎓碘盐（P_(13)I）的合成21-22
• 2.2.4 1-乙基-3-甲基咪唑碘盐（EMII）的合成22
• 2.2.5 塑性晶体固体电解质的制备22-23
• 2.2.6 DSSCs 的制备23
• 2.2.7 表征和测试方法23-24
• 2.3 结果与讨论24-31
• 2.3.1 塑晶固体电解质的热性能24-25
• 2.3.2 塑性晶体电解质的电导率25-26
• 2.3.3 氧化还原对 I~–/I_3~–的扩散系数26-27
• 2.3.4 DSSCs 的性能测试27-30
• 2.3.5 DSSCs 电池稳定性测试30-31
• 2.4 本章结论31-32
• 第三章 基于双季铵盐阳离子塑性晶体的合成与表征32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-36
• 3.2.1 实验材料32
• 3.2.2 实验仪器32
• 3.2.3 双季铵盐的合成32-35
• 3.2.4 有机离子塑性晶体的表征和测试35-36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 塑性晶体性能测试36-42
• 3.3.2 离子液体的性质42-43
• 3.4 本章总结43-44
• 第四章 基于低浓度有机硫醇盐/二硫化物氧化还原对 DSSCs 的研制44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 实验材料和仪器44
• 4.2.2 有机氧化还原对的合成44-45
• 4.2.3 电解质的制备45-46
• 4.2.4 染料敏化太阳能电池的制作46
• 4.2.5 表征及电池的测试方法46
• 4.3 结果及讨论46-54
• 4.3.1 氧化还原对的循环伏安测试46-47
• 4.3.2 氧化还原对的紫外测试47-48
• 4.3.3 基于 BMIT/BMIDT 氧化还原对 DSSCs 的性能48-53
• 4.3.4 电池的稳定性测试53-54
• 4.4 本章总结54-55
• 第五章 全文总结与展望55-56
• 5.1 全文总结55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-66
• 硕士期间发表的论文66-67
• 致谢67-68

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