染料敏化太陽能電池中聚合物凝膠電解質(zhì)的研究

【摘要】： 染料敏化太陽能電池(DSSC)由于具有低成本,制備工藝簡單和較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)之一。電解質(zhì)是染料敏化太陽能電池的重要組成部分。長期以來,在DSSC中主要使用的是液態(tài)電解質(zhì)。由于液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、易降解、不穩(wěn)定、密封難等缺點(diǎn),以及全固態(tài)電解質(zhì)做出來的太陽能電池效率較低等問題,準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)成為是這一領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 本文通過溶液共聚方法合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-N-乙烯基吡咯烷酮)P (MMA-NVP)和聚(甲基丙烯酸羥基乙酯-N-乙烯基吡咯烷酮)P(HEMA-NVP)共聚物,以兩種共聚物做為膠凝劑固化液態(tài)電解質(zhì),形成凝膠電解質(zhì),組裝染料敏化太陽能電池。 (1)通過優(yōu)化P(MMA-NVP)制備條件,如引發(fā)劑,交聯(lián)劑,NVP含量等得到系列共聚物。以優(yōu)化后合成的共聚物為膠凝劑形成的聚合物凝膠電解質(zhì),室溫下電導(dǎo)率達(dá)到2.17mS·cm-1,在100mW·cm-2光強(qiáng)輻照下,基于該聚合物凝膠電解質(zhì)組裝的準(zhǔn)固態(tài)DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到3.05%。 (2)通過優(yōu)化P(HEMA-NVP)制備條件,如引發(fā)劑,交聯(lián)劑,NVP含量等得到系列共聚物。以優(yōu)化后合成的共聚物制得聚合物凝膠電解質(zhì)室溫下電導(dǎo)率達(dá)到6.15 mS·cm-1,在100mW·cm-2光強(qiáng)輻照下,基于該聚合物凝膠電解質(zhì)組裝的準(zhǔn)固態(tài)DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到5.54%,通過比較可知,以P(HEMA-NVP)共聚物組裝的準(zhǔn)固態(tài)DSSC,具有較好的光電性能。 (3)研究了液態(tài)電解質(zhì)中有機(jī)溶劑的比例對凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響。當(dāng)液態(tài)電解質(zhì)中有機(jī)溶劑GBL和NMP的體積比為7：3時,基于P(HEMA-NVP)共聚物的凝膠電解質(zhì)具有良好的導(dǎo)電性能。 (4)研究了聚合物制備條件、納米晶Ti02薄膜厚度和添加劑等對DSSC性能的影響,研究結(jié)果表明納米晶Ti02薄膜厚度為8.86μm、添加劑吡啶的加入提高了DSSC的光電性能。而電化學(xué)阻抗譜EIS分析表明聚合物制備條件會影響準(zhǔn)固態(tài)DSSC內(nèi)部的界面阻抗,從而影響電池的性能。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 聚合物凝膠電解質(zhì) 離子電導(dǎo)率 光電性能
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-29
• 1.1 引言14
• 1.2 太陽能電池的研究進(jìn)展14-15
• 1.3 太陽能電池的分類和研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 硅基太陽電池16-17
• 1.3.2 化合物半導(dǎo)體太陽電池17
• 1.3.3 有機(jī)/聚合物太陽電池17
• 1.3.4 染料敏化太陽能電池17-18
• 1.4 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理18-20
• 1.4.1 TiO_2納晶染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.4.2 染料敏化太陽能電池的工作原理19-20
• 1.5 染料敏化太陽能電池電解質(zhì)的研究進(jìn)展20-26
• 1.5.1 液態(tài)電解質(zhì)20-22
• 1.5.2 固態(tài)電解質(zhì)22-23
• 1.5.3 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)23-26
• 1.6 電解質(zhì)的機(jī)理研究26-28
• 1.6.1 電解質(zhì)與工作電極間的機(jī)理研究26-27
• 1.6.2 電解質(zhì)中的機(jī)理研究27
• 1.6.3 電解質(zhì)與對電極間的機(jī)理研究27-28
• 1.7 本論文的研究目的和研究內(nèi)容28-29
• 第二章 P(MMA-NVP)基凝膠電解質(zhì)的制備及在準(zhǔn)固態(tài)DSSC中的應(yīng)用29-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分29-34
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和原料29-30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備30
• 2.1.3 P(MMA-NVP)共聚物的合成30-32
• 2.1.4 聚合物凝膠電解質(zhì)的制備32
• 2.1.5 聚合物凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率測試32
• 2.1.6 準(zhǔn)固態(tài)DSSC的組裝32-33
• 2.1.7 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池性能測試33-34
• 2.2 結(jié)果和討論34-42
• 2.2.1 P(MMA-NVP)的表征34-35
• 2.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯在凝膠電解質(zhì)中的作用35-36
• 2.2.3 共聚物制備條件對凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響36-38
• 2.2.4 共聚物制備條件對所組裝的電池光電性能影響38-42
• 第三章 P(HEMA-NVP)基凝膠電解質(zhì)的制備及在準(zhǔn)固態(tài)DSSC中的應(yīng)用42-63
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分42-46
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和原料42-43
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備43
• 3.1.3 P(HEMA-NVP)共聚物的合成43-44
• 3.1.4 液態(tài)電解質(zhì)中有機(jī)溶劑的優(yōu)化44-45
• 3.1.5 聚合物凝膠電解質(zhì)的制備45
• 3.1.6 凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的測試45
• 3.1.7 TiO_2薄膜電極的表征45
• 3.1.8 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池的組裝45
• 3.1.9 準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池性能測試45-46
• 3.2 結(jié)果與討論46-62
• 3.2.1 P(HEMA-NVP)的表征46-47
• 3.2.2 有機(jī)溶劑的組成對凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響47-48
• 3.2.3 共聚物制備條件對凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率的影響48-51
• 3.2.4 添加劑吡啶對準(zhǔn)固態(tài)DSSC光電性能的影響51-52
• 3.2.5 二氧化鈦薄膜的厚度對準(zhǔn)固態(tài)DSSC性能的影響52-56
• 3.2.6 共聚物制備條件對所組裝的電池光電性能影響56-61
• 3.2.7 不同電解質(zhì)組裝的DSSC光電性能的比較61-62
• 3.3 小結(jié)62-63
• 第四章 總結(jié)63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 附錄69-72
• 致謝72-73
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-74
• 作者和導(dǎo)師簡介74-75
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書75-76

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