新型电解质在敏化太阳能电池中的应用研究

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敏化太阳能电池,是利用染料或量子点等敏化剂来拓宽宽禁带半导体在可见光区的吸收后,并在此基础上组装而成的液结太阳能电池。由于其具有成本低廉,易于制备,效率相对较高等特点,目前得到了世界范围内的广泛关注。但是由于敏化太阳能的电解质主要基于液体电解质,其具有不易封装以及稳定性较差等问题,限制了大规模应用。本文将以新型电解质为主要研究对象,将其应用在了敏化太阳能电池中,获得了高电池性能、高稳定性的敏化太阳能电池。取得了以下的研究成果:  (1)利用天然多糖魔芋葡甘聚糖作为聚合物骨架,制备了以多硫离子作为氧化还原电对的膜状水凝胶电解质。并使用了一步原位法完成了对电极和电解质的同时制备,缩短了电池的制备时间,并避免了电解质膜在转移过程中可能出现的破损和褶皱。制备出的准固态电解质组装在CdS/CdSe量子点共敏的电池中,具有与液态电解质组装电池相当的电池性能。通过1000小时的稳定性测试发现,使用了准固态电解质的电池的稳定性比液体电解质组装的电池有明显的提升。  (2)制备了以MPN作为溶剂,18-冠-6醚修饰的K2S/K2Sx作为氧化还原电对的Solvent-in-Salt(SIS)电解质,并将其应用在了CdS量子点敏化太阳能电池中。冠醚在加入后明显提高了K2S在MPN中的溶解性和稳定性,进而提高了电池的效率。由于Sx2-离子中x值在有机相中发生了变化,电池具有超过1V的开路电压。通过在电解质中加入不同添加剂,我们发现TiO2的加入尽管会降低电池的短路电流密度,但是由于改善了界面接触性能,因此减小了电池内部的复合。使得电池的开路电压和填充因子均有了明显的提高,达到了1.3%的电池效率。  (3)利用有机小分子交联剂谷氨酸烷基酯(LMOG)制备了准固态凝胶电解质,并将其应用在了染料敏化太阳能电池中。该交联剂仅需要加入0.4%即可固化液体电解质,形成凝胶。合成的准固态电解质具有与液态电解质相当的性能,组装在电池中达到了7.1%的电池效率。与液体电解质组装的电池效率7.5%十分接近。
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