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太阳能是最清洁的能源之一,将太阳能转换成电能的光伏发电技术也逐渐成为各国大力发展的可再生能源技术之一。随着新型太阳能电池的不断发展,染料敏化太阳能电池(DSSC)因其低成本、高效率、以及可产生巨大市场等优势被广泛研究。目前DSSC已经获得高达11.9%的认证效率。此类新型太阳电池的快速发展对光伏技术的发展与应用具有十分重大的意义。尽管目前染染料敏化太阳电池器件效率不断提升,但仍有不少问题需要进一步研究。本论文主要针对DSSC中液体电解质易挥发、固态电解质易结晶等因素影响器件效率和稳定性等问题,设计合成了一系列新型离子液体,并在此基础上制备了一系列新型离子液体电解质DSSC,提高了器件效率,实现了器件的长期稳定性。研究内容主要分为以下几个部分:1.新型烷基腈吡咯烷阳离子基固态电解质用于染料敏化太阳能电池。通过全面探讨烷基腈链长以及阴离子对其热性能的影响,发现其热学性能主要按照I-<PF6-<TFsI-的规律排列,熔点随着吡咯烷阳离子所接氰基的亚甲基链长的增加而升高。而且结果表明其中一些离子液体是可以发生塑性形变的塑性晶体,基于这些塑性晶体制备了一系列固体电解质,并通过掺杂实现了高熔点与高电导率塑性晶体电解质的制备。实验证明,基于该类塑性晶体电解质的DSSC在标准的太阳光谱照射下,获得了 5.22%的光电转换效率,且获得明显优于基于常规的液体电解质DSSC的长期稳定性。这些结果为探索新型有机塑性晶体和高温固态DSSCs的电解质等提供了新思路。2.设计树枝状离子液体抑制固态电解质结晶。通过对设计合成的树枝状离子液体(TIPIL)的结构、热学性能、晶态特征和离子电导率等方面的研究,发现该离子液体除了具有无定形特性以及较低的玻璃化转变温度之外,还具有非常优异的离子电导率以及晶体抑制特性,能够很好的抑制1-乙基-3-甲基咪唑盐(EMII)基电解质的结晶。因此,基于TIPILEMII/I2的ssDSSC展现出5.37%的高效率和极好的长时间稳定性。3.合成高粘性光散射离子液体增强染料吸收。通过对该类离子液体(LCGI)进行热、电、光散射特性等方面的研究,证明其高粘性、光散射以及晶体生长抑制等特性。实验证明将LCGI添加到基于离子晶体1-乙基-3甲基咪唑盐(EMII)的电解质中,可以有效地防止EMII再结晶,改善由于EMII结晶带来的界面接触缺陷,同时也提高二氧化钛光阳极的采光效率,从而使器件获得更大的光电流。由此制备的固态染料敏化太阳能电池(ssDSSC)获得较高的光电转换效率,且能够在长达50天的老化测试之后仍然保持95%的初始效率,这比基于低粘度EMIBF4电解液的参比器件表现出更好的长期稳定性。更重要的是,该材料可以在不牺牲器件性能的前提下,代替传统的二氧化钛光散射层,为我们探索新的固态电解质和更薄的ssDSSCs提供了新思路。4.氧化镍纳米阵列在柔性电池的应用研究。首次提出通过掠射角沉积法(GLAD)在柔性基底上实现室温下制备氧化镍纳米阵列并将其运用在钙钛矿太阳电池中。实验证明氧化镍阵列的引入可以很好地提高钙钛矿电池的吸光以及界面的载流子传输效率。相比于作为参比的平面器件,具有阵列结构的刚性钙钛矿太阳电池效率高达20.05%,提升了近21%的效率。更有意思的是该纳米阵列结构有利于器件在弯曲的时候释放应力,抑制了各层裂缝的生成。因此,在柔性基底上制备的氧化镍阵列器件效率到达17.23%,且能在弯曲500次之后保持原性能的80%。这为进一步研究可穿戴器件提供了良好的思路与基础。