基于乙烯基吡啶的染料敏化太阳能电池凝胶电解质的结构和性能研究及TiO_2电极的制备

【摘要】：众所周知,液体电解质组装的染料敏化太阳能电池(DSSC)具有易挥发、难封装、寿命短等缺点,而态凝胶电解质,又称准固态电解质可以有效改善液体电解质存在的以上问题。本论文主要研究了基于乙烯基吡啶的两种聚合物凝胶电解质,并结合自制的Ti02电极和Pt电极,组装成DSSC,对电解质和电池的结构及性能进行了一系列研究。 论文第一部分分别采用丝网印刷法和滴涂法制备了性能优良的纳米晶Ti02薄膜电极和铂电极。首先以纳米TiO2粉末(商品P25等)为主要原料制备丝网印刷用浆料,采用不同的浆料制备纳米晶Ti02电极；通过扫描电子显微镜(SEM)观察电极结构形貌,同时测试电池的光电性能。然后优化其配方,同时涂有6层P25Ti02和两层光散射层的电极(其Ti02层厚度约为13μm),具有较高的光电转换性能。进一步采用一系列不同的电极和电解质组装成DSSC,测试其光电转换效率,发现自制的Ti02电极与购买的Ti02电极性能相当,自制的Pt电极优于购买的Pt电极。说明本论文成功制备了高质量的Ti02电极和Pt电极,可应用于后续实验。 论文第二部分制备了新型聚(4-乙烯基吡啶-甲基丙烯酸甲酯)/聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)/碘化锂/碘/3-甲氧基丙腈(P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)/LiI/I2/MPN)体系的聚合物凝胶电解质,并用其组装了DSSC。系统研究了4-乙烯基吡啶和甲基丙烯酸甲酯的配比、P(4-VP-MMA)与P(VDF-HFP)的配比对形成稳定凝胶电解质的影响。性能最优的凝胶电解质的聚合物的组成是：4-VP:MMA:P(VDF-HFP)=3:7:7(质量比)。用其组装的电池的开路电压Voc为0.72V,短路电流密度JSC为6.03mA.cm-2,填充因子FF为0.52,光电转换效率77为2.3%。热失重研究表明,凝胶电解质的热稳定性优于液体电解质。为了研究凝胶电解质的结构,本论文针对不同固含量的凝胶电解质进行SEM表征,观察凝胶电解质中聚合物骨架形貌。结果表明,凝胶电解质的固含量越低,孔隙(即溶剂通道)越多,用其组装的DSSC性能越好。针对染料分子的IPCE研究表明,染料分子和电极的结构变化会影响液体及凝胶电解质DSSC的光吸收效率以及电荷的捕获和收集效率。 论文第三部分制备了聚(4-乙烯基吡啶-甲基丙烯酸羟乙酯)/碘化锂/碘/γ-丁内酯(P(4-VP-HEMA)/LiI/I2/GBL)凝胶电解质,并组装DSSC,进一步研究了可形成氢键的聚合物对凝胶电解质性能的影响。凝胶电解质的聚合物骨架结构与第二部分的SEM表征结果一致,凝胶电解质的固含量越低,孔隙越多,用其组装的DSSC'性能越好。通过调整4-VP与HEMA的配比,得到性能最优的凝胶电解质的聚合物的组成是：4-VP:HEMA=1:3(质量比)。 同时,为了清楚的表征添加剂对聚合物凝胶电解质性能的影响,本论文研究了添加剂4-叔丁基吡啶(TBP)、4-乙烯基吡啶(4-VP)和吡啶(PY)对电解质及其DSSC'性能的影响。结果表明,添加剂对凝胶电解质与液体电解质两种体系的影响规律相同：TBP、PY能够增加电池的开路电压和短路电流,提高电池的光电转换效率；而4-VP降低了电池的开路电压、短路电流以及光电转换效率。在此基础上,本论文推断了4-VP与电池氧化还原对I-/I3-的作用机理。 此外,本论文在P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)和P(4-VP-HEMA)两个聚合物凝胶电解质体系中,采用1HNMR、IR、TGA、IPCE等技术分别对分子结构和性能、凝胶电解质的温度与电导率的关系曲线、电解质中染料的光敏性等进行了研究。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 乙烯基吡啶 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸羟乙酯 聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯) 添加剂 丝网印刷 TiO_2电极 Pt电极
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O646
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 前言12-21
• 1.1 太阳能电池的概述12
• 1.2 染料敏化太阳能电池结构、原理及参数12-15
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构12-13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理13-14
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池的性能参数14-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池电解质15-18
• 1.3.1 液体电解质15-16
• 1.3.2 凝胶电解质16-18
• 1.3.2.1 离子液体类凝胶电解质16-17
• 1.3.2.2 聚合物型凝胶电解质17-18
• 1.3.3 固体电解质18
• 1.4 染料敏化太阳能电池的应用18-19
• 1.5 选题的目的和意义19
• 1.6 本论文主要研究内容19-20
• 1.7 本论文创新点20-21
• 第二章 丝网印刷法制备TiO_2纳米多孔薄膜电极和滴涂法制备铂电极及性能研究21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 测试仪器21
• 2.2.2 主要试剂及设备21-22
• 2.2.3 丝网印刷法制备TiO_2电极22-24
• 2.2.3.1 FTO导电玻璃的清洗22-23
• 2.2.3.2 丝网印刷所用TiO_2浆料的制备23
• 2.2.3.3 丝网印刷定位方法和涂布方法23-24
• 2.2.3.4 TiO_2电极的烧结处理24
• 2.2.4 滴涂法制备Pt电极24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 TiO_2电极的SEM表征24-26
• 2.3.2 电极对电池性能的影响26-32
• 2.3.2.1 光散射层对电池性能的影响26-29
• 2.3.2.2 电解液对电极及电池性能的影响29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)/LiI/I_2/MPN聚合物凝胶电解质DSSC的制备及性能研究33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-37
• 3.2.1 主要原料与试剂33-34
• 3.2.2 测试仪器34-35
• 3.2.3 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的合成35-36
• 3.2.4 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)/LiI/I2/MNP凝胶电解质的制备36-37
• 3.2.5 染料敏化太阳能电池的组装37
• 3.3 结果与讨论37-51
• 3.3.1 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的表征及性能考察37-46
• 3.3.1.1 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的1H NMR表征37-38
• 3.3.1.2 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的IR表征38-41
• 3.3.1.3 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的TGA表征41-43
• 3.3.1.4 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的GPC表征43-44
• 3.3.1.5 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)的SEM表征44-46
• 3.3.2 P(4-VP-MMA)/P(VDF-HFP)/LiI/I_2/MNP的电性能测试46
• 3.3.3 染料敏化太阳能电池的性能测试46-51
• 3.3.3.1 P(4-VP-MMA)组成对电池性能的影响47-48
• 3.3.3.2 聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)含量对电池的影响48-50
• 3.3.3.3 DSSC的IPCE测试50-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 P(4-VP-HEMA)/LiI/I_2/GBL聚合物凝胶电解质DSSC的制备及性能研究53-72
• 4.1 引言53
• 4.2 实验部分53-54
• 4.2.1 主要原料及试剂53
• 4.2.2 测试仪器53
• 4.2.3 P(4-VP-HEMA)的合成53-54
• 4.2.4 DSSC凝胶电解质的制备54
• 4.2.5 染料敏化太阳能电池的组装54
• 4.3 结果与讨论54-70
• 4.3.1 P(4-VP-HEMA)的表征及性能考察54-62
• 4.3.1.1 P(4-VP-HEMA)的1H NMR表征54-55
• 4.3.1.2 P(4-VP-HEMA)的IR表征55-57
• 4.3.1.3 P(4-VP-HEMA)的GPC表征57-59
• 4.3.1.4 P(4-VP-HEMA)的TGA的表征59-60
• 4.3.1.5 P(4-VP-HEMA)的SEM表征60-62
• 4.3.2 染料敏化太阳能电池的性能测试62-69
• 4.3.2.1 凝胶电解质的电导率随温度的变化规律62-63
• 4.3.2.2 MPN液体电解质体系中吡啶类衍生物对电解质及其电池性能的影响63-64
• 4.3.2.3 GBL液体电解质体系中吡啶类衍生物对电解质及其电池性能的影响64-66
• 4.3.2.4 GBL凝胶电解质体系中吡啶类衍生物对电解质及其电池性能的影响66-67
• 4.3.2.5 添加剂对电池性能影响的初步探索67-69
• 4.3.3 DSSC的交流阻抗(EIS)测试69-70
• 4.3.3.1 GBL液体和凝胶电解质体系的EIS测试69-70
• 4.3.3.2 不同添加剂在GBL凝胶电解质体系的EIS测试70
• 4.4 本章小结70-72
• 全文总结72-74
• 参考文献74-84
• 科研成果84-85
• 致谢85

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

离子液体及其在分离分析中的应用进展    肖小华,刘淑娟,刘霞,蒋生祥

P(VDF-HFP)基凝胶电解质染料敏化纳米TiO_2薄膜太阳电池    郭力,戴松元,王孔嘉,方霞琴,史成武,潘旭

聚氯乙烯-g-聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯共聚物的合成和表征    包永忠,黄志明,翁志学

染料敏化太阳电池的光阳极制备及其性能优化    王丽伟;吴功伟;黄仕华;

TiO_2纳晶多孔薄膜的光散射特性    林原,肖绪瑞,张东社,谢普会,张宝文

丝网印刷纳晶多孔TiO_2薄膜电极的制备    解东梅;冯树京;林原;董国君;肖绪瑞;李学萍;周晓文;

新型无卤阻燃共聚酰胺66的制备及表征    杨晓峰;李巧玲;陈志萍;韩红丽;

EPDM-g-MAN的合成及AEMS的冲击性能研究    刘伟涛;王炼石;蔡彤旻;张安强;曾祥斌;

增韧聚乙烯母料的化学结构研究    樊卫华;彭志宏;李贵勋;白娟;陈金周;王经武;

高校低碳化学实验的研究与实践    刘健;袁以兵;

含芴环的酚醛树脂共聚物的合成    王峰;

离子液体在萃取和色谱分析技术中的应用    褚明杰;张袖丽;王磊;

桐油衍生物/苯乙烯无皂乳液聚合动力学研究    蒲侠;张兴华;

引发剂浓度和配比对丙烯腈水相沉淀聚合反应的影响    吴红兵;

双组分理想共聚行为的数学解析    许志献;冯伟;白文华;郝蕊;

3-溴甲基-3-甲基氧杂环丁烷均聚物的合成及表征    董军;甘孝贤;

离子液体萃取水中汞离子的研究    孙浩;陈莎;王晓伟;

装甲装备库存橡胶器材防老化涂层的研究进展    梁志杰;冯斌;黄琪;

聚羧酸盐高效减水剂的合成及在客运专线中应用    薛军鹏;

丙烯酸酯防钻绒涂层剂的合成研究    孙继昌;高凯;倪成涛;杜存锐;董明东;

AA/AMPS/HPA共聚物合成及阻垢性能的研究    王峰;

长链咪唑类离子液体在水溶液中的胶束性质研究    董彬;郑利强;

高分子专业实验课教学改革的必要性与实践    李旭日;赵立群;杨凤;于智;

肌红蛋白在海藻酸钠-纳米Fe_2O_3-离子液体[DMIM]Br复合材料中的直接电化学和电催化行为    西孟颖;孙晓英;曲立宁;孙伟;焦奎;

烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体结构与性质的密度泛函理论研究    田国才;李坚;华一新;

中学化学实验绿色化研究    卫环环;

离子液体在溶液中的簇集行为研究    王慧勇

凝胶注模成型法制备1-3型PMN-PZT/环氧树脂压电复合材料研究    杜景红

基于超分子环糊精的共聚物合成及其包络吸附性能研究    孙朝阳

聚羧酸超塑化剂的合成、性能和分散吸附行为研究    傅乐峰

咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究    张启波

谱学方法结合理论模型研究水溶液的结构与性质    朱霄

（Salen）MX-季铵（鏻）盐催化CO_2与环氧化合物反应    郭丽萍

基于红外光谱的离子液体溶液微观结构与相互作用研究    张力群

聚酯低温等离子体表面改性及喷墨印花应用性能研究    王春莹

聚合物微机械的飞秒激光加工及驱动研究    田野

咪唑离子液体阳离子的离子色谱分析    高微

多孔型苯丙胶乳膜的构建及其在织物整理中的应用    叶佳佳

聚丙烯蜡接枝与乳化研究    侯黎黎

新型高分子增容剂的制备及其增容性能的研究    姜滢

快速响应性敏感大孔水凝胶的制备及其溶胀性能研究    薛玉华

β-环糊精/N-异丙基丙烯酰胺微球的合成及其释药性能研究    张强

基于离子液体的分散液相微萃取及流动相添加剂研究    骆献丽

耐酸抗高温酸液稠化剂的合成与评价    崔文娟

基于Diels-Alder反应的温度响应性水凝胶的制备与表征    杨哲

反相乳液聚合新型絮凝剂及性能研究    李业兴

菁类染料敏化的固态纳米TiO_2光电化学电池    张莉,任焱杰,张正诚,方世碧,田禾,蔡生民

聚氯乙烯-丙烯酸丁酯接枝共聚物的结构表征    包永忠,吴建忠,翁志学,黄志明,潘祖仁

两种含铼、钌的太阳能电池光敏染料的合成研究    孙世国,彭孝军,徐勇前,高云玲,孙立成

低聚噻吩酸敏化多孔TiO_2膜的光电转换性能    罗臻,谭庶欣,翟锦,方红娟,李玉良,江雷,朱道本

TiO_2(锐钛矿)纳米晶体薄膜的制备    戴松元,邬钦崇,王孔嘉,王瑜,霍裕平

纳晶多孔TiO_2薄膜电极的化学处理    张东社,刘尧,王维波,肖绪瑞

TiO_2纳米管薄膜的制备及其光散射性能    马玉涛,林原,肖绪瑞,李学萍,周晓文

溶胶-凝胶法制备的纳米TiO_2结构相变及晶体生长动力学    胡林华,戴松元,王孔嘉

水解法制备纳米级TiO_2    刘宝春,王锦堂,顾国亮,汤志云,魏名华

减轻热塑性工程塑料用TiO_2引起的降解    张佩君

CuO/TiO_2体系中的氢溢流效应    徐斌董,林陈懿

半导体光催化剂(TiO_2)降解有机污染物    高远;

宇部首创TiO_2光催化剂纤维    徐维正

纳米TiO_2有机表面改性的研究    姚超,丁永红,林西平,杨绪杰,陆路德,汪信

光氧化与光催化氧化降解酸性玫瑰红B的动力学比较    傅剑锋,季民,杨勇,金洛楠,杨虹

TiO_2光电催化技术降解有机污染物研究进展    刘亚子;孙成;洪军;

烧结温度对TiO_2压敏陶瓷非线性和介电性质的影响(英文)    孟凡明;孙兆奇;

低温纳米复合相变蓄冷材料热物性研究    刘玉东;李夔宁;何钦波;刘彬;童明伟;

结合方式对卟啉敏化的TiO_2光催化剂性能的影响    李向清;常婷;刘利芳;穆劲;

共吸附剂修饰纳晶TiO_2电极及其在染料敏化太阳电池中的应用    孔凡太;武国华;戴松元;

染料敏化纳米晶TiO_2太阳能电池发展概况    黄亮;

超声场中制备纳米级锐钛矿型TiO_2的研究    叶钊;黄兴华;臧志清;杨齐瑜;

半导体纳米晶敏化TiO_2纳米管研究进展    严俊峰;周峰;

低成本TiO_2结晶釉的研制    柳平英;吴礼新;

钛表面原位自生TiO_2纳米管抑菌种植牙材料的研究    崔春翔;戚玉敏;高鑫;李勇;王晶;刘慧;

模板法制备TiO_2/聚苯胺中空复合微球及多孔TiO_2中空微球    王小聪;唐赛德;周辰;刘靖;封伟;

表面氧空位对TiO_2纳米晶光催化活性的影响(英文)    张华荣;梁勇;谭克奇;郑海务;顾玉宗;

超声喷雾热解法制备TiO_2光催化自清洁陶瓷及其性能研究    李达;张军;邵乐喜;卞洪飞;李东珂;杨元政;

染料敏化太阳能电池将用于无人机    王小龙

晶龙集团与世界顶尖高手过招    通讯员 段同刚　王丽英 记者 张计友

晶龙 技术为王“逆市飘红”    通讯员 段同刚　王丽英 记者 张计友

晶龙模式：让创新“跑赢”市场    段同刚　撰稿

中国的新能源挑战    许可新

天津铜铟镓硒太阳能电池组件制成    耀文

从原材料入手实现聚光光伏产业化    全国工商联新能源商会研究员 李雷

在新能源领域追赶“太阳”    本报记者 魏宁

已在发电效率上取得重要进展    记者 冯海波 通讯员 龚华萍

超日太阳两项目试产成功达产后公司业绩将暴增    记者 刘相华

基于基板的TiO_2纳米点结构的制备及性能研究    罗鸣

非金属掺杂TiO_2基纳米材料的制备新方法、结构表征及可见光催化降解气相甲苯性能    董帆

掺杂TiO_2薄膜的制备、表征及性能    张向超

纳米TiO_2涂层及其复合涂层的制备与光阴极保护性能研究    周民杰

纳米结构TiO_2的制备及其光催化降解4-氯硝基苯的效能研究    叶苗苗

分子印迹型系列TiO_2光催化剂的制备及其选择性降解有机污染物的研究    沈先涛

离子掺杂TiO_2纳米材料的光电性质及光催化活性研究    李海彦

晶相和形貌可控的TiO_2纳米晶和取向薄膜的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用    许元妹

以TiO_2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究    方钧

上转换微纳米晶@TiO_2核/壳结构红外光催化材料的制备和表征    张代生

基于乙烯基吡啶的染料敏化太阳能电池凝胶电解质的结构和性能研究及TiO_2电极的制备    王永光

超声辅助阳极氧化制备TiO_2纳米管光阳极    李香利

TiCl_3处理对TiO_2基染料敏化太阳能电池光电性能的影响    倪东霞

双层TiO_2复合膜染料敏化太阳能电池的制备与性能增强    李清林

TiO_2纳米管阵列阳极氧化法制备、改性及光电催化性能研究    冯娟娟

TiO_2/浮石光催化降解水中邻苯二甲酸酯类污染物的研究    吴楚萍

聚合物/TiO_2的杂化薄膜和多层杂化微球的制备和性能    陈钱宝

共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究    闫国田

上转换发光材料复合TiO_2的制备及性能研究    叶岩溪

TiO_2光催化剂的改性、负载及其性能研究    叶芳云