【摘 要】
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本文对染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极进行了优化,并以有机液体电解质和离子液体电解质为基础,合成了三类聚合物用以制备高效率和长寿命的凝胶电解质DSSC。主要内容如下:制
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本文对染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极进行了优化,并以有机液体电解质和离子液体电解质为基础,合成了三类聚合物用以制备高效率和长寿命的凝胶电解质DSSC。主要内容如下:制备了聚(醋酸乙烯酯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸正丁酯)/3-甲氧基丙腈/碘化锂/碘[P(VAC-MMA-BMA)/MPN/LiI/I2]凝胶电解质,组装成DSSC。研究了 P(VAC-MMA-BMA)聚合物中BMA单体含量对电池性能的影响。结果表明P(VAC-MMA-BMA)中 VAC、MMA 和 BMA 单体质量比为 1:1:0.2 时,DSSC效率最高为5.54%,加入异硫氰酸胍(GuSCN)添加剂优化后最高效率为6.69%。成功地合成了聚(1-乙烯基-3-丙基咪唑碘-甲基丙烯酸甲酯)[P(VPⅡ-MMA)],并制备成P(VPⅡ-MMA)/MPN/LiI/I2凝胶电解质,组装DSSC。结果表明随着VPⅡ单体含量增大,DSSC的Voc和Jsc逐渐增大,而在mVPⅡ:mMMA为2:1时,效率达到最大值5.69%。采用交流阻抗(EIS)、I-V曲线、扫描电子显微镜(SEM)和外量子效率(IPCE)等方法联用共同证明了 VPⅡ单体对电池性能的影响。探讨了 P(VPⅡ-MMA)/MPN/LiI/I2凝胶电解质中LiI浓度对DSSC光伏性能的影响,研究发现LiI浓度增大,DSSC的暗电流也增大。LiI浓度为0.4M时,DSSC效率最优为6.30%;加入添加剂后,效率为7.00%。采用脉冲梯度场自旋回波核磁共振(PFGSE-NMR)方法跟踪DSSC凝胶电解质中聚合物单体组成、有无LiI和I2时小分子溶剂MPN的扩散系数。并与IR、DSC方法联用,探讨了聚合物P(VPⅡ-MMA)与MPN、LiI和I2之间离子络合及离子偶极作用。合成了侧基烷基不同链长的聚(1-乙烯基-3-乙基咪唑)碘(PVEⅡ)、聚(1-乙烯基-3-丙基咪唑)碘(PVPⅡ)和聚(1-乙烯基-3-丁基咪唑)碘(PVBⅡ)三种聚合物,并分别与离子液体电解质制备凝胶电解质,组装DSSC。结果表明PVPⅡ与离子液体电解质组成的凝胶电解质体系效率最高,加入添加剂优化,效率为3.83%。通过DSC方法证明了聚合物PVEⅡ、PVPⅡ和PVBⅡ的结晶度随着咪唑环上取代烷基链长的增大而减小。跟踪了以上三种凝胶电解质DSSC的长效性。结果表明,以有机液体电解质为基础的凝胶电解质电池在室温保存长达700h后,效率均能维持在最初的80%以上,明显优于液体电解质DSSC(440h后效率几乎为零)。而以离子液体电解质为基础的凝胶电解质电池在80℃条件下700h保存后,效率基本不变,优于有机液体凝胶电解质DSSC。采用TiCl4水溶液沉积法,对DSSC光阳极进行了优化。在FTO玻璃和TiO2薄膜表面覆盖一层纳米颗粒薄层,并通过I-V和EIS等表征方法对薄层的影响因素进行了探讨。
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