染料敏化太阳能电池中聚合物凝胶电解质的研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)由于具有低成本,制备工艺简单和较高的光电转换效率等优点而成为研究的热点之一。电解质是染料敏化太阳能电池的重要组成部分。长期以来,在DSSC中主要使用的是液态电解质。由于液态电解质易挥发、易降解、不稳定、密封难等缺点,以及全固态电解质做出来的太阳能电池效率较低等问题,准固态电解质成为是这一领域研究的热点。 本文通过溶液共聚方法合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮)P (MMA-NVP)和聚(甲基丙烯酸羟基乙酯-N-乙烯基吡咯烷酮)P(HEMA-NVP)共聚物,以两种共聚物做为胶凝剂固化液态电解质,形成凝胶电解质,组装染料敏化太阳能电池。 (1)通过优化P(MMA-NVP)制备条件,如引发剂,交联剂,NVP含量等得到系列共聚物。以优化后合成的共聚物为胶凝剂形成的聚合物凝胶电解质,室温下电导率达到2.17mS·cm-1,在100mW·cm-2光强辐照下,基于该聚合物凝胶电解质组装的准固态DSSC的光电转化效率达到3.05%。 (2)通过优化P(HEMA-NVP)制备条件,如引发剂,交联剂,NVP含量等得到系列共聚物。以优化后合成的共聚物制得聚合物凝胶电解质室温下电导率达到6.15 mS·cm-1,在100mW·cm-2光强辐照下,基于该聚合物凝胶电解质组装的准固态DSSC的光电转化效率达到5.54%,通过比较可知,以P(HEMA-NVP)共聚物组装的准固态DSSC,具有较好的光电性能。 (3)研究了液态电解质中有机溶剂的比例对凝胶电解质电导率的影响。当液态电解质中有机溶剂GBL和NMP的体积比为7：3时,基于P(HEMA-NVP)共聚物的凝胶电解质具有良好的导电性能。 (4)研究了聚合物制备条件、纳米晶Ti02薄膜厚度和添加剂等对DSSC性能的影响,研究结果表明纳米晶Ti02薄膜厚度为8.86μm、添加剂吡啶的加入提高了DSSC的光电性能。而电化学阻抗谱EIS分析表明聚合物制备条件会影响准固态DSSC内部的界面阻抗,从而影响电池的性能。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚合物凝胶电解质 离子电导率 光电性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 引言14
• 1.2 太阳能电池的研究进展14-15
• 1.3 太阳能电池的分类和研究现状15-18
• 1.3.1 硅基太阳电池16-17
• 1.3.2 化合物半导体太阳电池17
• 1.3.3 有机/聚合物太阳电池17
• 1.3.4 染料敏化太阳能电池17-18
• 1.4 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理18-20
• 1.4.1 TiO_2纳晶染料敏化太阳能电池的结构18-19
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的工作原理19-20
• 1.5 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展20-26
• 1.5.1 液态电解质20-22
• 1.5.2 固态电解质22-23
• 1.5.3 准固态电解质23-26
• 1.6 电解质的机理研究26-28
• 1.6.1 电解质与工作电极间的机理研究26-27
• 1.6.2 电解质中的机理研究27
• 1.6.3 电解质与对电极间的机理研究27-28
• 1.7 本论文的研究目的和研究内容28-29
• 第二章 P(MMA-NVP)基凝胶电解质的制备及在准固态DSSC中的应用29-42
• 2.1 实验部分29-34
• 2.1.1 实验试剂和原料29-30
• 2.1.2 实验仪器和设备30
• 2.1.3 P(MMA-NVP)共聚物的合成30-32
• 2.1.4 聚合物凝胶电解质的制备32
• 2.1.5 聚合物凝胶电解质电导率测试32
• 2.1.6 准固态DSSC的组装32-33
• 2.1.7 准固态染料敏化太阳能电池性能测试33-34
• 2.2 结果和讨论34-42
• 2.2.1 P(MMA-NVP)的表征34-35
• 2.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯在凝胶电解质中的作用35-36
• 2.2.3 共聚物制备条件对凝胶电解质电导率的影响36-38
• 2.2.4 共聚物制备条件对所组装的电池光电性能影响38-42
• 第三章 P(HEMA-NVP)基凝胶电解质的制备及在准固态DSSC中的应用42-63
• 3.1 实验部分42-46
• 3.1.1 实验试剂和原料42-43
• 3.1.2 实验仪器和设备43
• 3.1.3 P(HEMA-NVP)共聚物的合成43-44
• 3.1.4 液态电解质中有机溶剂的优化44-45
• 3.1.5 聚合物凝胶电解质的制备45
• 3.1.6 凝胶电解质电导率的测试45
• 3.1.7 TiO_2薄膜电极的表征45
• 3.1.8 准固态染料敏化太阳能电池的组装45
• 3.1.9 准固态染料敏化太阳能电池性能测试45-46
• 3.2 结果与讨论46-62
• 3.2.1 P(HEMA-NVP)的表征46-47
• 3.2.2 有机溶剂的组成对凝胶电解质电导率的影响47-48
• 3.2.3 共聚物制备条件对凝胶电解质电导率的影响48-51
• 3.2.4 添加剂吡啶对准固态DSSC光电性能的影响51-52
• 3.2.5 二氧化钛薄膜的厚度对准固态DSSC性能的影响52-56
• 3.2.6 共聚物制备条件对所组装的电池光电性能影响56-61
• 3.2.7 不同电解质组装的DSSC光电性能的比较61-62
• 3.3 小结62-63
• 第四章 总结63-64
• 参考文献64-69
• 附录69-72
• 致谢72-73
• 研究成果及发表的学术论文73-74
• 作者和导师简介74-75
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书75-76

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