染料敏化太陽能電池含PVDF基準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池（DSSC）自問世以來，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，引起人們研究的極大興趣。經(jīng)過多年的研究，目前電池的轉(zhuǎn)換效率已十分可觀。電解質(zhì)是染料敏化電池中不可或缺的一部分，長期以來液態(tài)電解質(zhì)因其組裝的DSSC有著較高的光電轉(zhuǎn)換效率受到人們的青睞。但液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、易泄露、穩(wěn)定性差等缺陷使電池性能難以穩(wěn)定保持，阻礙了電池的商業(yè)化投產(chǎn)。采用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)來替代液態(tài)電解質(zhì)以滿足電池的穩(wěn)定性要求已經(jīng)成為目前的研究趨勢(shì)。本文通過共混加熱的方法制備兩種不同溶劑的PVDF基準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，研究了電解質(zhì)的電化學(xué)性能及組裝電池的光電性能及穩(wěn)定性。 以傳統(tǒng)的乙腈/乙二醇作溶劑，LiI、I2為溶質(zhì)，聚合物PVDF為凝膠劑制備了不同LiI濃度、不同PVDF含量的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LiI濃度為0.5M I2為0.05M時(shí)，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率達(dá)到最大值。PVDF含量越大，聚合物電解質(zhì)的離子遷移越困難，電導(dǎo)率越小，組裝的電池短路電流越低，電池的轉(zhuǎn)換效率越差。但是PVDF對(duì)電池的開路電壓影響不大。在電池穩(wěn)定性研究中發(fā)現(xiàn)，由準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)組裝的電池性能衰減主要是由短路電流減小及填充因子的降低引起的，其轉(zhuǎn)換效率減小的速率隨PVDF增加而降低。當(dāng)PVDF含量達(dá)到30%時(shí)，電解質(zhì)過飽和，穩(wěn)定性又降低。 利用DMF溶解能力強(qiáng)、不易揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新性地以DMF作溶劑，LiI、I2為溶質(zhì)，聚合物PVDF為凝膠劑制備了凝膠劑PVDF含量為4%、8%、16%的凝膠電解質(zhì)。為得到DMF中最佳LiI、I2濃度，對(duì)各成分進(jìn)行了優(yōu)化處理。確定了LiI與I2的最佳濃度與乙腈/乙二醇體系中相同。凝膠劑PVDF對(duì)電池的短路電流影響不大，會(huì)使電池的開路電壓及填充因子增加從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)PVDF含量為16%時(shí)，得到電池的填充因子為0.746，光電轉(zhuǎn)換效率為4.68%。同時(shí)，PVDF也會(huì)抑制電解質(zhì)的揮發(fā)及染料的解吸附，使電池的穩(wěn)定性提高。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì) PVDF DMF 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(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4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-29
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展?fàn)顩r8-10
• 1.2 太陽能電池的原理及分類10-14
• 1.2.1 硅太陽能電池10-13
• 1.2.2 化合物半導(dǎo)體太陽能電池13
• 1.2.3 有機(jī)/聚合物太陽能電池13-14
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池14
• 1.3 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及原理14-17
• 1.3.1 染料敏化電池的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.2 染料敏化電池的工作原理15-17
• 1.4 染料敏化太陽能電池的技術(shù)指標(biāo)17-18
• 1.5 染料敏化太陽能電池電解質(zhì)的研究進(jìn)展18-27
• 1.5.1 液態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展18-21
• 1.5.2 固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展21-23
• 1.5.3 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展23-27
• 1.6 染料敏化電池的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)27-28
• 1.6.1 染料敏化電池的優(yōu)勢(shì)27
• 1.6.2 染料敏化電池面臨的挑戰(zhàn)27-28
• 1.7 本文研究的目的及內(nèi)容28-29
• 第2章 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)制備及DSSC的組裝29-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及藥品29-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑29
• 2.1.2 P25 二氧化鈦粉末29
• 2.1.3 染料敏化劑29-30
• 2.1.4 FTO導(dǎo)電玻璃30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分30-35
• 2.3.1 TiO2 多孔薄膜電極的制備30-31
• 2.3.2 電極敏化31
• 2.3.3 鉑對(duì)電極制備31
• 2.3.4 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備31-32
• 2.3.5 DSSC的組裝與密封32-33
• 2.3.6 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)DSSC光電性能的測(cè)試33-35
• 第3章 乙腈/乙二醇體系準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究35-52
• 3.1 交流阻抗法測(cè)試電導(dǎo)率35-36
• 3.1.1 交流阻抗介紹35
• 3.1.2 離子電導(dǎo)率35-36
• 3.2 PVDF濃度對(duì)聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響36-39
• 3.3 LII濃度對(duì)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響39-43
• 3.4 溫度對(duì)聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響43-45
• 3.5 乙腈/乙二醇體系PVDF對(duì)DSSC光電性能及穩(wěn)定性影響45-51
• 3.5.1 PVDF對(duì)電池光電性能影響45-47
• 3.5.2 PVDF對(duì)電池的長期穩(wěn)定性影響47-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 DMF溶劑體系凝膠電解質(zhì)的性能研究52-60
• 4.1 LII與I2 的最佳濃度確定52-54
• 4.1.1 DMF介紹52
• 4.1.2 LiI濃度對(duì)電解質(zhì)光電性能影響52-53
• 4.1.3 I2 濃度對(duì)電解質(zhì)光電性能的影響53-54
• 4.2 PVDF濃度對(duì)凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率影響54-56
• 4.3 DMF體系PVDF對(duì)DSSC光電性能及穩(wěn)定性影響56-59
• 4.3.1 PVDF含量對(duì)DSSC光電性能影響56-57
• 4.3.2 準(zhǔn)固態(tài)DSSCs穩(wěn)定性研究57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66

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