染料敏化太阳能电池离子液体凝胶电解质的制备及性能研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)由于理论光电转换效率高、制作工艺简单、成本低,被认为是可取代硅太阳能电池的新型太阳能电池。目前采用液态电解质时,电池的光电转换效率已超过11%,但液态电解质易泄漏,从而影响电池的长期稳定性。用凝胶电解质代替液态电解质是解决电池密封问题的有效途径之一。本文用有序介孔材料作为凝胶剂制备凝胶电解质,并对制备的凝胶电解质的电化学性能进行了研究。 以P123为模板剂,用溶胶-凝胶法制备有序介孔SiO2,用N2吸附仪、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对样品进行分析,结果表明介孔SiO2呈短棒状,具有有序的柱状孔结构。用有序介孔SiO2固化二元离子液体(1-丙基-3-甲基咪唑碘／1-已基-3-甲基咪唑碘)形成凝胶电解质,电解质电导率达到2.27mS/cm,组装的染料敏化太阳能电池光电转换效率达5.22%,较离子液体电解质电池提高了5.5%。 采用两种方法合成有序介孔炭材料(直接合成法和硬模板法)。N2吸附仪测试表明,合成的有序介孔炭材料具有丰富的介孔结构和集中的孔径分布。电镜照片显示硬模板法制备的炭材料(MC-3)具有规整的直线型孔。介孔炭材料的加入使凝胶电解质组装DSSC的填充因子有显著提高,当MC-3的含量为1%时,在光强为100mW/cm2的条件下,获得5.18%的光电转换效率。与未加入介孔炭的电解质组装的DSSC相比,电池的光电转换效率提高了30%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 电解质 离子液体 介孔氧化硅 介孔炭
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-20
• 1.1 太阳能电池的分类7-10
• 1.1.1 硅太阳能电池8
• 1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池8-9
• 1.1.3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池9
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池9-10
• 1.2 DSSC的结构及工作原理10-13
• 1.2.1 TiO_2纳晶DSSC的结构10
• 1.2.2 DSSC的工作原理10-11
• 1.2.3 光阳极11-12
• 1.2.4 电解质12-13
• 1.2.5 对电极13
• 1.3 DSSC电解质研究进展13-19
• 1.3.1 液态电解质13-16
• 1.3.2 固态电解质16-17
• 1.3.3 凝胶电解质17-19
• 1.4 本论文研究的意义和主要内容19-20
• 第二章 介孔SiO_2/离子液体凝胶电解质制备及性能研究20-36
• 2.1 前言20
• 2.2 实验部分20-26
• 2.2.1 主要仪器和药品20-22
• 2.2.2 实验方法22-23
• 2.2.3 分析表征23-26
• 2.3 结果与讨论26-34
• 2.3.1 有序介孔SiO_2的表征26-27
• 2.3.2 介孔SiO_2含量对电解质电导率的影响27-28
• 2.3.3 有序介孔SiO_2对凝胶电解质I_3~-扩散系数的影响28-29
• 2.3.4 凝胶电解质组装成DSSC的光电性能29-31
• 2.3.5 介孔SiO_2孔结构对电解质性能的影响31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 PVDF/介孔炭/离子液体凝胶电解质制备及性能研究36-53
• 3.1 前言36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 主要仪器和药品36-37
• 3.2.2 实验方法37-38
• 3.2.3 分析表征38
• 3.3 结果与讨论38-52
• 3.3.1 有序介孔炭的表征38-41
• 3.3.2 I_2和LiI最佳配比的选取41-45
• 3.3.3 MC-4的加入对凝胶电解质电导率的影响45-46
• 3.3.4 含MC-4的凝胶电解质组装DSSC的光电性能46-48
• 3.3.5 介孔炭的微结构对凝胶电解质性能的影响48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 结论53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-61
• 在学期间公开发表论文及著作情况61

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