離子液體應(yīng)用于染料敏化太陽能電池電解質(zhì)的研究

【摘要】：染料敏化納米晶太陽能電池,簡(jiǎn)稱染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs),是一種技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)角度都可靠的傳統(tǒng)P-N結(jié)光伏元件的替代品。電解質(zhì)在DSSC中起著至關(guān)重要的作用,它是維持電池工作的重要組成部分,染料的再生主要是通過被它還原來完成。通過使用不同的電解質(zhì),DSSC將會(huì)得到不同的光電轉(zhuǎn)換效率,因此高效穩(wěn)定的電池對(duì)電解質(zhì)的要求是很苛刻的。離子液體電解質(zhì)具備壽命長(zhǎng)、加工方便、無毒無嗅、效率提升潛力大等特點(diǎn),成為未來DSSC電解質(zhì)的最佳選擇。 高效的基于離子液體的DSSC電解質(zhì)一般包括三類組成部分：離子液體碘化物、低粘度離子液體溶劑和添加劑。其中離子液體碘化物應(yīng)選取多種以提高熵值促進(jìn)電解質(zhì)傳導(dǎo)性,本文選用1-乙基-3甲基咪唑碘鹽(EMⅡ)、1,3-二甲基咪唑碘鹽(DMⅡ)和1-丙基-3-甲基咪唑碘鹽(PMⅡ)的混合物,DMⅡ和EMⅡ雖然是固體,但溶解后具有最高的熵值。低粘度IL當(dāng)前最佳物質(zhì)為：EMITCB,但該物質(zhì)使用劇毒陰離子B(CN)4-,長(zhǎng)期使用或泄漏將造成惡劣的環(huán)境影響?？疾炝硕喾N離子液體的黏度和導(dǎo)電性,本文選用EMITA和EMIBF4作為離子液體溶劑的選擇,文使用的添加劑即為常見物種(I2, TBP, LiI, GNCS)。 從NMI開始合成了以上各離子液體,在合成EMITA的過程中采用了新方法由EMIBr(或EMⅡ)直接與TFA回流反應(yīng)制備,并獲得了成功,產(chǎn)物純度良好,交換完全,又可回收碘單質(zhì)。該法最大的優(yōu)勢(shì)就是成本低廉,避免了使用昂貴的而易分解銀鹽。使用合成出的IL化合物,加入合適的添加劑,共配制出七種類型的離子液體電解質(zhì)。其中配比I未能得到液體狀態(tài),可能原因是固態(tài)物質(zhì)濃度過高,而EMI+的同離子效應(yīng)也增強(qiáng)了這種不溶的趨勢(shì)。其余電解質(zhì)均為較易流動(dòng)的液態(tài)物質(zhì)。使用染料敏化太陽能電池裝置將上述電解質(zhì)裝配成DSSC電池,在標(biāo)準(zhǔn)光源AM1.5(光照能量密度為100mW/cm2)下對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果通過電化學(xué)工作站和專業(yè)軟件LK9805給出電池的光電流密度-光電壓曲線(J-V曲線),并收錄各關(guān)鍵性能參數(shù),通過進(jìn)行了電解質(zhì)Ⅱ-Ⅵ的探索,最終優(yōu)化出本系列中的最佳配比Ⅶ,其光電能量轉(zhuǎn)化效率接近5%,具有很高的應(yīng)用前景和繼續(xù)優(yōu)化的潛力。 【關(guān)鍵詞】：離子液體 染料敏化太陽能電池 電解質(zhì) 新合成方法
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 第一章 緒論10-50
• 1.1 室溫離子液體(RTILs)10-37
• 1.1.1 室溫離子液體研究史10-13
• 1.1.2 室溫離子液體分類13-15
• 1.1.3 室溫離子液體的物理性質(zhì)15-21
• 1.1.4 室溫離子液體的應(yīng)用21-37
• 1.2 染料敏化納米晶太陽能電池(DSSCs)37-50
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池(DSSCs)的結(jié)構(gòu)及工作原理37-40
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池(DSSCs)的歷史背景40-41
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池(DSSCs)的性能指標(biāo)41-43
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池(DSSCs)的電解質(zhì)43-50
• 第二章 正文50-72
• 2.1 論文選題及工作設(shè)計(jì)50-60
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分60-72
• 2.2.1 儀器和試劑60-61
• 2.2.2 化合物合成61-64
• 2.2.3 電解質(zhì)配制及電池效率測(cè)定64-72
• 第三章 結(jié)論72-76
• 參考文獻(xiàn)76-88
• 致謝88-89
• 作者簡(jiǎn)介89

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