染料敏化太陽能電池中離子液體基凝膠復合電解質(zhì)膜的性能及優(yōu)化

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)由于其具有制作工藝簡單、理論轉(zhuǎn)換效率高、成本低、壽命長等優(yōu)點,有可能成為未來太陽能電池的主導。電解質(zhì)是影響DSSC光電效率的主要因素。其中凝膠復合電解質(zhì)兼具液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點,解決了液態(tài)電解質(zhì)不穩(wěn)定、易揮發(fā)、易降解、密封難等缺點以及固態(tài)電解質(zhì)導電率低的不足。因此,凝膠復合電解質(zhì)已成為這一領域研究的熱點。 本文采用“兩步法”制備出離子液體1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([EAMIM]BF4),加入非質(zhì)子溶劑PC、DMC對其改性。采用原位聚合法向其引入烯類單體MMA、HEMA,制備出一系列含離子液體的凝膠復合電解質(zhì)膜。通過紅外,電化學工作站、熱重等手段考察離子液體及凝膠復合電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、電導率、穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。研究表明,離子液體的電導率在30℃時達到1.48×10-3S·cm-1；用PC/DMC的混合物溶劑對其進行改性,電導率先增大后減小,最大電導率達到12.48×10-3S·cm-1。凝膠復合電解質(zhì)膜PHEMA-PC/DMC-[EAMIM]BF4、PMMA-PC/DMC-[EAMIM]BF4的離子電導率均隨著溫度的升高而增大,相同條件下,前者電導率比后者??；但就穩(wěn)定性而言,前者比后者更穩(wěn)定。兩者的熱穩(wěn)定性良好,最大熱失重均在300℃以上。 在凝膠復合電解質(zhì)PMMA-PC/DMC-[EAMIM]BF4中加入KI和I2(提供I-/I3-氧化還原電對),將其組裝成染料敏化太陽能電池?？疾炝四z復合電解質(zhì)膜的熱穩(wěn)定性及PMMA質(zhì)量分數(shù)、溫度等對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響,測試了含不同電解質(zhì)的DSSC的光電性能參數(shù),并對不同電解質(zhì)的DSSC的光電性能進行了分析比較。研究表明,在25℃下,當PMMA質(zhì)量分數(shù)為10%時,DSSC用凝膠復合電解質(zhì)膜PMMA-PC/DMC-[EAMIM]BF4電導率為4.15×10-3S·cm-1；電導率隨PMMA質(zhì)量的增加而減小,隨溫度的升高而增大,并且凝膠復合電解質(zhì)的導電行為符合Arrhenius方程；PMMA質(zhì)量分數(shù)為10%的凝膠電解質(zhì)組裝的DSSC,在100mW/cm2的模擬太陽光照射下,測得電池的開路電壓為0.69V,短路電流密度為6.440mA/cm2,總的光電轉(zhuǎn)換效率為2.94%。 用納米TiO2及鐵摻雜納米TiO2對PMMA-PC/DMC-[EAMIM] BF4、以及由MMA、HEM A單體共混形成P(MMA-HEMA)-PC/DMC-[EAMIM] BF4凝膠復合電解質(zhì)膜進行改性,并組裝染料敏化太陽能電池,分別進行光電性能的測試。結(jié)果表明,凝膠復合電解質(zhì)中納米TiO2粒子的加入能提高DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率；鐵摻雜TiO2改性的PMMA基凝膠復合電解質(zhì)在100mW/cm2的模擬太陽光照射下,測得電池的開路電壓為0.710V,短路電流密度為7.100mA/cm2,總的光電轉(zhuǎn)換效率為3.08%。 【關鍵詞】：離子液體 凝膠復合電解質(zhì)膜 染料敏化太陽能電池 納米TiO_2 電導率 光電轉(zhuǎn)換效率
【學位授予單位】：湖南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 前言11
• 1.2 染料敏化太陽能電池(DSSC)11-15
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池(DSSC)國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)11-12
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池性能參數(shù)12-13
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池的工作原理14-15
• 1.3 染料敏化太陽能電池電解質(zhì)研究進展15-22
• 1.3.1 液態(tài)電解質(zhì)15-17
• 1.3.2 固態(tài)電解質(zhì)17-18
• 1.3.3 凝膠復合電解質(zhì)膜概述18-22
• 1.4 本研究工作的目的和主要內(nèi)容22-23
• 1.5 創(chuàng)新點23-24
• 第二章 含離子液體[EAMIM]BF_4凝膠復合電解質(zhì)膜的制備和性能研究24-39
• 2.1 前言24
• 2.2 實驗部分24-28
• 2.2.1 實驗儀器和試劑24-26
• 2.2.2 離子液體[EAMIM]BF_4的制備26
• 2.2.3 含不同烯類單體凝膠復合電解質(zhì)膜的制備26-27
• 2.2.4 離子液體和凝膠復合電解質(zhì)膜性能測試27-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-38
• 2.3.1 溫度及非質(zhì)子溶劑對[EAMIM]BF_4電導率的影響28-30
• 2.3.2 離子液體[EAMIM]BF_4與凝膠復合電解質(zhì)膜的紅外光譜分析30-33
• 2.3.3 [EAMIM]BF_4含量及聚合物基質(zhì)對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響33-34
• 2.3.4 溫度對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響34-36
• 2.3.5 放置時間對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響36-37
• 2.3.6 凝膠復合電解質(zhì)膜的熱穩(wěn)定性37-38
• 2.4 小結(jié)38-39
• 第三章 DSSC用凝膠復合電解質(zhì)膜的制備及應用39-49
• 3.1 前言39
• 3.2 實驗部分39-42
• 3.2.1 實驗儀器和試劑39-40
• 3.2.2 DSSC用凝膠復合電解質(zhì)膜的制備40
• 3.2.3 染料敏化太陽能電池的制備40-42
• 3.2.4 性能測試42
• 3.3 結(jié)果與討論42-47
• 3.3.1 PMMA質(zhì)量分數(shù)對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響42-43
• 3.3.2 溫度對凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的影響43-44
• 3.3.3 KI濃度對電解質(zhì)電導率的影響44-45
• 3.3.4 PMMA質(zhì)量分數(shù)對DSSC光電效率的影響45-47
• 3.4 小結(jié)47-49
• 第四章 DSSC用凝膠復合電解質(zhì)膜的改性研究49-58
• 4.1 前言49
• 4.2 實驗部分49-52
• 4.2.1 實驗試劑與儀器49-51
• 4.2.2 納米TiO_2及鐵摻雜納米TiO_2溶膠的制備51
• 4.2.3 DSSC用凝膠復合電解質(zhì)膜的改性51
• 4.2.4 TiO_2電極的制備及含凝膠復合電解質(zhì)DSSC的組裝·51-52
• 4.2.5 性能測試52
• 4.3 結(jié)果與討論52-57
• 4.3.1 凝膠復合電解質(zhì)膜電導率的穩(wěn)定性52-53
• 4.3.2 Fe~(3+)摻雜TiO_2凝膠紅外光譜分析53-54
• 4.3.3 Fe~(3+)摻雜TiO_2溶膠-凝膠形貌分析54-55
• 4.3.4 PMMA基凝膠復合電解質(zhì)組裝的DSSC光電性能比較·55
• 4.3.5 P(MMA-HEMA)基凝膠電解質(zhì)組裝的DSSC光電性能比較55-57
• 4.4 小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 總結(jié)58-59
• 5.2 展望59-60
• 參考文獻60-68
• 致謝68-69

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