聚合物電解質(zhì)在固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用與光電化學(xué)機(jī)理研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池是一種成本低廉和制作簡(jiǎn)單的光伏器件，近年來(lái)受到了研究者的廣泛關(guān)注。固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有無(wú)揮發(fā)性、易封裝和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，已成為敏化電池研究的重要方向之一。 本文設(shè)計(jì)合成了乙烯基咪唑碘(VImI)-聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)梳狀共聚物。利用此共聚物制備了聚合物凝膠電解質(zhì)，并組裝了準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池。結(jié)果表明共聚物中的乙烯基咪唑陽(yáng)離子鏈段有效抑制了電解質(zhì)/TiO2界面的電子復(fù)合,且該聚合物提高了TiO2的導(dǎo)帶能級(jí)，增大了TiO2薄膜的傳輸電阻。準(zhǔn)固態(tài)電池在共聚物濃度為50wt%，VImI/PEGMA為5.0的情況下獲得了4.10%的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，本文使用共聚物與聚氧乙烯(PEO)共混制備成全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池，獲得3.46%的光電轉(zhuǎn)換效率，WAX和DSC測(cè)試分析表明該共聚物能有效降低PEO的結(jié)晶性，提高了其電解質(zhì)的導(dǎo)電能力。 本文制備了以聚氧乙烯(PEO)/聚乙二醇(PEG)為基質(zhì)的全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池，研究了4-二甲胺基吡啶(DMAP)與TiO2表面作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DMAP能夠顯著提高電池的開(kāi)路電壓。阻抗和光電化學(xué)分析表明DMAP與I3-和I-存在絡(luò)合相互作用作用，同時(shí)DMAP改變了TiO2表面態(tài)能級(jí)分布。電池的開(kāi)路電壓能達(dá)到0.85V，并且獲得了4.07%的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：固態(tài) 聚合物 電解質(zhì) 太陽(yáng)能電池 電子復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-20
• 1.1 太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀概述9-10
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized Solar Cell)10-16
• 1.2.1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理10-11
• 1.2.2 DSSC 的光陽(yáng)極11-13
• 1.2.3 DSSC 的電解質(zhì)13-15
• 1.2.4 DSSC 的對(duì)電極15-16
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）的性能評(píng)估和表征方法16-18
• 1.3.1 DSSC 的 J-V 曲線17-18
• 1.3.2 DSSC 的電子傳輸和電子復(fù)合分析測(cè)試18
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分20-28
• 2.1 原料、試劑與儀器、設(shè)備20-21
• 2.2 原料與試劑的純化21-22
• 2.2.1 引發(fā)劑-偶氮二異丁腈(AIBN)的精制21-22
• 2.2.2 試劑的純化22
• 2.3 聚合物基電解質(zhì)的制備22-24
• 2.3.1 PVImI-co-PEGMA 梳狀共聚物的合成22-23
• 2.3.2 以梳狀共聚物為基質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)共聚物電解質(zhì)的制備23
• 2.3.3 共聚物 PVImI-co-PEGMA 與 PEO 共混的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備23-24
• 2.3.4 摻雜 DMAP 的 PEO/PEG 的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備24
• 2.4 固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池(solid-state DSSC)的制備和組裝24-27
• 2.4.1 DSSC 的光陽(yáng)極的制備——染料敏化納米多孔 TiO2薄膜的制備24-25
• 2.4.2 DSSC 的光陰極的制備——鉑化對(duì)電極的制備25-26
• 2.4.3 固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的組裝26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 結(jié)果與討論28-53
• 3.1 共聚物PVImI-co-PEGMA及聚合物電解質(zhì)的表征和準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的測(cè)試分析28-34
• 3.1.1 共聚物 PVImI-co-PEGMA 及準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的 FT-IR 分析28-29
• 3.1.2 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化電池的光伏性質(zhì)29-31
• 3.1.3 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化電池的電化學(xué)阻抗分析31-32
• 3.1.4 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化電池的電子壽命分析32-34
• 3.2 共聚物 PVImI-co-PEGMA 與聚氧乙烯（PEO）共混的聚合物電解質(zhì)的表征和其全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的測(cè)試分析34-41
• 3.2.1 共聚物 PVImI-co-PEGMA，共聚物/PEO 混合物以及共聚物/PEO 電解質(zhì)的 FT-IR 表征34-35
• 3.2.2 共聚物/PEO 混合物以及共聚物/PEO 電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)和熱分析35-37
• 3.2.3 共聚物電解質(zhì)，PEO 電解質(zhì)及共聚物/PEO 電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性能分析37-38
• 3.2.4 全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的光伏特性和電化學(xué)性質(zhì)分析38-41
• 3.3 摻雜 4-二甲胺基吡啶（DMAP）的 PEO/PEG 基電解質(zhì)的表征及其全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的測(cè)試分析41-52
• 3.3.1 摻雜 4-二甲胺基吡啶（DMAP）的 PEO/PEG 基電解質(zhì)的 FT-IR,UV-vis及 Raman 光譜分析41-44
• 3.3.2 摻雜 DMAP 的 PEO/PEG 電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性能分析44-45
• 3.3.3 浸潤(rùn) PEO/PEG 電解質(zhì)的納米 TiO2膜的形態(tài)分析45-46
• 3.3.4 摻雜 DMPA 的 PEO/PEG 聚合物電解質(zhì)的全固態(tài) DSSC 的光伏特性分析46-48
• 3.3.5 DMAP 的引入對(duì)電子傳輸和電子復(fù)合的影響的分析48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-60
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明60-61
• 致謝61-62

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