聚合物电解质在固态染料敏化太阳能电池中的应用与光电化学机理研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池是一种成本低廉和制作简单的光伏器件，近年来受到了研究者的广泛关注。固态聚合物电解质具有无挥发性、易封装和高稳定性的特点，已成为敏化电池研究的重要方向之一。 本文设计合成了乙烯基咪唑碘(VImI)-聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)梳状共聚物。利用此共聚物制备了聚合物凝胶电解质，并组装了准固态染料敏化太阳能电池。结果表明共聚物中的乙烯基咪唑阳离子链段有效抑制了电解质/TiO2界面的电子复合,且该聚合物提高了TiO2的导带能级，增大了TiO2薄膜的传输电阻。准固态电池在共聚物浓度为50wt%，VImI/PEGMA为5.0的情况下获得了4.10%的光电转换效率。此外，本文使用共聚物与聚氧乙烯(PEO)共混制备成全固态染料敏化太阳能电池，获得3.46%的光电转换效率，WAX和DSC测试分析表明该共聚物能有效降低PEO的结晶性，提高了其电解质的导电能力。 本文制备了以聚氧乙烯(PEO)/聚乙二醇(PEG)为基质的全固态染料敏化太阳能电池，研究了4-二甲胺基吡啶(DMAP)与TiO2表面作用机理。实验结果表明DMAP能够显著提高电池的开路电压。阻抗和光电化学分析表明DMAP与I3-和I-存在络合相互作用作用，同时DMAP改变了TiO2表面态能级分布。电池的开路电压能达到0.85V，并且获得了4.07%的光电转换效率。 【关键词】：固态 聚合物 电解质 太阳能电池 电子复合
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 文献综述9-20
• 1.1 太阳能电池的研究现状概述9-10
• 1.2 染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell)10-16
• 1.2.1 基本结构及工作原理10-11
• 1.2.2 DSSC 的光阳极11-13
• 1.2.3 DSSC 的电解质13-15
• 1.2.4 DSSC 的对电极15-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池（DSSC）的性能评估和表征方法16-18
• 1.3.1 DSSC 的 J-V 曲线17-18
• 1.3.2 DSSC 的电子传输和电子复合分析测试18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 实验部分20-28
• 2.1 原料、试剂与仪器、设备20-21
• 2.2 原料与试剂的纯化21-22
• 2.2.1 引发剂-偶氮二异丁腈(AIBN)的精制21-22
• 2.2.2 试剂的纯化22
• 2.3 聚合物基电解质的制备22-24
• 2.3.1 PVImI-co-PEGMA 梳状共聚物的合成22-23
• 2.3.2 以梳状共聚物为基质的准固态共聚物电解质的制备23
• 2.3.3 共聚物 PVImI-co-PEGMA 与 PEO 共混的全固态聚合物电解质的制备23-24
• 2.3.4 掺杂 DMAP 的 PEO/PEG 的全固态聚合物电解质的制备24
• 2.4 固态染料敏化太阳能电池(solid-state DSSC)的制备和组装24-27
• 2.4.1 DSSC 的光阳极的制备——染料敏化纳米多孔 TiO2薄膜的制备24-25
• 2.4.2 DSSC 的光阴极的制备——铂化对电极的制备25-26
• 2.4.3 固态染料敏化太阳能电池的组装26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 结果与讨论28-53
• 3.1 共聚物PVImI-co-PEGMA及聚合物电解质的表征和准固态染料敏化太阳能电池的测试分析28-34
• 3.1.1 共聚物 PVImI-co-PEGMA 及准固态电解质的 FT-IR 分析28-29
• 3.1.2 准固态染料敏化电池的光伏性质29-31
• 3.1.3 准固态染料敏化电池的电化学阻抗分析31-32
• 3.1.4 准固态染料敏化电池的电子寿命分析32-34
• 3.2 共聚物 PVImI-co-PEGMA 与聚氧乙烯（PEO）共混的聚合物电解质的表征和其全固态染料敏化太阳能电池的测试分析34-41
• 3.2.1 共聚物 PVImI-co-PEGMA，共聚物/PEO 混合物以及共聚物/PEO 电解质的 FT-IR 表征34-35
• 3.2.2 共聚物/PEO 混合物以及共聚物/PEO 电解质的结构和热分析35-37
• 3.2.3 共聚物电解质，PEO 电解质及共聚物/PEO 电解质的离子导电性能分析37-38
• 3.2.4 全固态染料敏化太阳能电池的光伏特性和电化学性质分析38-41
• 3.3 掺杂 4-二甲胺基吡啶（DMAP）的 PEO/PEG 基电解质的表征及其全固态染料敏化太阳能电池的测试分析41-52
• 3.3.1 掺杂 4-二甲胺基吡啶（DMAP）的 PEO/PEG 基电解质的 FT-IR,UV-vis及 Raman 光谱分析41-44
• 3.3.2 掺杂 DMAP 的 PEO/PEG 电解质的离子导电性能分析44-45
• 3.3.3 浸润 PEO/PEG 电解质的纳米 TiO2膜的形态分析45-46
• 3.3.4 掺杂 DMPA 的 PEO/PEG 聚合物电解质的全固态 DSSC 的光伏特性分析46-48
• 3.3.5 DMAP 的引入对电子传输和电子复合的影响的分析48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 结论53-54
• 参考文献54-60
• 发表论文和科研情况说明60-61
• 致谢61-62

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