染料敏化太陽(yáng)能電池新型電解質(zhì)制備及性能研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)自問世以來，由于其制作工藝簡(jiǎn)單、理論轉(zhuǎn)換效率較高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)引起了科學(xué)界的研究熱潮。隨著科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，染料敏化太陽(yáng)能電池依然存在諸如液態(tài)電解質(zhì)的有機(jī)溶劑易揮發(fā)泄漏、電池難封裝、電池穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題；以及固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率低、電池轉(zhuǎn)換效率較低、衰減較快、電解質(zhì)與光陽(yáng)極接觸性差等問題。 本論文是針對(duì)液態(tài)電解質(zhì)中有機(jī)溶劑易揮發(fā)泄漏以及電池穩(wěn)定性較差等問題，設(shè)計(jì)合理的復(fù)合有機(jī)溶劑以減少溶劑的揮發(fā)泄漏，從而提高電池的穩(wěn)定性能。以I3-/I-為氧化還原電對(duì)體系，環(huán)丁砜與3-甲氧基丙腈混合溶液作為電解質(zhì)溶劑，4-叔丁基吡啶為添加劑制備液體電解質(zhì)。利用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)電解質(zhì)中I3-/I-氧化還原電對(duì)進(jìn)行表征，電導(dǎo)率儀對(duì)電解質(zhì)的電導(dǎo)率進(jìn)行表征，分光光度計(jì)對(duì)電池的單色光電轉(zhuǎn)換效率(IPCE)進(jìn)行表征，以太陽(yáng)能模擬器對(duì)電池的I-V曲線以及電池穩(wěn)定性能進(jìn)行表征。并探討了環(huán)丁砜對(duì)電解質(zhì)電導(dǎo)率、電池光電轉(zhuǎn)換效率以及電池穩(wěn)定性的影響。 結(jié)果表明環(huán)丁砜與3-甲氧基丙腈混合溶液作為電解質(zhì)的溶劑不影響電解質(zhì)中I3-/I-氧化還原電對(duì)的存在；3-甲氧基丙腈與環(huán)丁砜體積比為3:2時(shí)電解質(zhì)組裝的電池光電性能最好，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到2.79%，短路電流達(dá)到7.58mA/cm2。與未加環(huán)丁砜試樣相比，短路電流提高了24.5%；環(huán)丁砜作為DSSC電解質(zhì)溶劑，能顯著改善電池電解質(zhì)的揮發(fā)泄露，減少了3-甲氧基丙腈以及4-叔丁基吡啶的揮發(fā)，確保了氧化還原電對(duì)的有效濃度，大大改善電池的穩(wěn)定性能。 在針對(duì)固態(tài)電解質(zhì)與光陽(yáng)極的接觸性差等問題上，探索新型的有機(jī)添加劑，以提高電解質(zhì)與陽(yáng)極表面的空隙填充及電接觸性能。實(shí)驗(yàn)以CuSCN、環(huán)丁砜、1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘(DMPII)、PEDOT:PSS為原料制備了染料敏化太陽(yáng)能電池固體電解質(zhì)。采用XRD對(duì)CuSCN粉體進(jìn)行表征，通過測(cè)試電池的IPCE以及I-V曲線來對(duì)固體電解質(zhì)的性能進(jìn)行表征；并探討了環(huán)丁砜對(duì)電池光電性能的影響，同時(shí)對(duì)電池穩(wěn)定性能進(jìn)行了考察。 結(jié)果表明，環(huán)丁砜在p-型半導(dǎo)體CuSCN固體電解質(zhì)中的應(yīng)用是可行的；電解質(zhì)能較好的改善與電極的電接觸，且環(huán)丁砜能對(duì)CuSCN晶體表面具有一定的修飾作用，能較好地降低TiO2半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面電荷復(fù)合，使電池穩(wěn)定性得到一定的提高；環(huán)丁砜引入染料敏化太陽(yáng)能電池固體電解質(zhì)中，電池的光電性能及穩(wěn)定性能均得到了一定的改善；當(dāng)環(huán)丁砜加入量為0.18g、CuSCN粉體為0.25g時(shí)，DSSC短路電流密度為3.92mA/cm2，開路電壓為0.42V，光電轉(zhuǎn)換效率為0.86%，且電池性能較穩(wěn)定。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 環(huán)丁砜 液態(tài)電解質(zhì) 固態(tài)電解質(zhì) CuSCN 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：大連工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-13
• 第二章 文獻(xiàn)綜述13-32
• 2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池研究歷程13-14
• 2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介14-17
• 2.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)14-15
• 2.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池工作原理15-17
• 2.3 染料敏化太陽(yáng)能電池制作與測(cè)試17-20
• 2.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的制作簡(jiǎn)介17-18
• 2.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的測(cè)試18-20
• 2.3.2.1 DSSC 單射光光電轉(zhuǎn)換效率18-19
• 2.3.2.2 染料敏化太陽(yáng)能電池 I–V 曲線19-20
• 2.4 DSSC 光陽(yáng)極的研究進(jìn)展20-21
• 2.5 DSSC 敏化染料的研究21-22
• 2.6 DSSC 對(duì)電極的研究進(jìn)展22-23
• 2.7 DSSC 電解質(zhì)的研究進(jìn)展23-30
• 2.7.1 液態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展23-27
• 2.7.1.1 有機(jī)溶劑液態(tài)電解質(zhì)23-25
• 2.7.1.2 離子液體基質(zhì)液態(tài)電解質(zhì)25-27
• 2.7.2 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展27-28
• 2.7.3 固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展28-30
• 2.7.3.1 無機(jī) P 型半導(dǎo)體材料28-29
• 2.7.3.2 有機(jī)空穴傳輸材料29
• 2.7.3.3 導(dǎo)電高聚物29-30
• 2.8 存在問題及發(fā)展趨勢(shì)30-31
• 2.9 選題的目的和意義31-32
• 第三章 實(shí)驗(yàn)32-41
• 3.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器32-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品32-33
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器33
• 3.2 TiO_2光陽(yáng)極的制備33-37
• 3.2.1 導(dǎo)電玻璃基底預(yù)處理34
• 3.2.2 致密 TiO_2薄膜的制備34-35
• 3.2.3 TiO_2多孔薄膜電極的制備35-37
• 3.3 染料的制備37
• 3.4 電解質(zhì)的制備37-38
• 3.4.1 LiI/I2液體電解質(zhì)的制備37
• 3.4.2 固體電解質(zhì)的制備37-38
• 3.4.2.1 CuSCN 粉體的制備37-38
• 3.4.2.2 CuSCN 固體電解質(zhì)的制備38
• 3.5 對(duì)電極的制備38
• 3.6 電池組裝38-39
• 3.6.1 液態(tài)電解質(zhì) DSSC 的組裝38
• 3.6.2 固態(tài)電解質(zhì) DSSC 的組裝38-39
• 3.7 分析測(cè)試39-41
• 3.7.1 液態(tài)電解質(zhì) I-3/I-的表征39
• 3.7.2 液態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)試39
• 3.7.3 X 射線衍射分析39
• 3.7.4 CuSCN 粉體的粒徑分析39
• 3.7.5 光電性能測(cè)試39-40
• 3.7.6 IPCE 性能分析40
• 3.7.7 電池穩(wěn)定性能分析40-41
• 第四章 結(jié)果與討論41-58
• 4.1 環(huán)丁砜在液體電解中的應(yīng)用分析41-48
• 4.1.1 UV-Vis 吸收光譜表征41-42
• 4.1.2 環(huán)丁砜對(duì)電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響42-43
• 4.1.3 DSSC 光電性能分析43-45
• 4.1.4 環(huán)丁砜電解質(zhì)對(duì)電池穩(wěn)定性的影響45-47
• 4.1.5 環(huán)丁砜在液體電解質(zhì)中的應(yīng)用小結(jié)47-48
• 4.2 環(huán)丁砜在固體電解質(zhì)中的應(yīng)用48-58
• 4.2.1 CuSCN 晶體結(jié)構(gòu)分析48-49
• 4.2.2 CuSCN 粉體粒度分析49-51
• 4.2.3 環(huán)丁砜對(duì)電池性能的影響51-53
• 4.2.4 環(huán)丁砜對(duì)電池 IPCE 性能的影響53-54
• 4.2.5 環(huán)丁砜與 CuSCN 粉體復(fù)合對(duì)電池性能影響54-55
• 4.2.6 電池穩(wěn)定性能分析55-57
• 4.2.7 環(huán)丁砜在固體電解質(zhì)中的應(yīng)用小結(jié)57-58
• 第五章 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-66
• 致謝66-67
• 附錄A 作者攻讀碩士期間發(fā)表的論文及成果67

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