【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)是基于光電化學的新型太陽能電池,具有廣闊的研究和應用前景。目前,DSSC較多采用有機液態(tài)溶液作為電解質(zhì),以獲取較高的光電轉(zhuǎn)換效率,但鑒于液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、易泄漏等問題,DSSC的長期穩(wěn)定性得不到保證。為了提升DSSC的長期穩(wěn)定性,聚合物電解質(zhì)開始被研究應用于DSSC。但與有機液態(tài)電解質(zhì)相比,聚合物電解質(zhì)的離子傳導性能較差,致使DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率較低,限制了聚合物電解質(zhì)在DSSC中的進一步應用。因此,本文圍繞電解質(zhì)的離子傳導及界面電荷轉(zhuǎn)移過程,重點研究有機液態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)以及凝膠聚合物電解質(zhì)的離子傳導及電荷轉(zhuǎn)移性能,及其對DSSC光電轉(zhuǎn)換性能的影響機制,并以此為基礎(chǔ),開發(fā)出兼具較好長期穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換性能的聚合物電解質(zhì)。研究獲得的主要結(jié)果和結(jié)論如下： (1)制備了含有不同12濃度、陽離子、溶劑以及添加劑4-TBP的有機液態(tài)電解質(zhì),通過測試不同組分電解質(zhì)DSSC的輸出電流-電壓曲線以及電化學阻抗譜,分析I-/I3-氧化還原電對在界面的電荷轉(zhuǎn)移機理,為后續(xù)開發(fā)聚合物電解質(zhì)提供理論依據(jù)。實驗結(jié)果表明,電解質(zhì)中12的濃度和陽離子對DSSC的光電性能有重要影響。隨著12濃度的增加,DSSC中的電子復合速率提高,導致DSSC的開路電壓減��；陽離子通過與TiO2表面的吸附作用改變DSSC的界面性能,與TiO2表面吸附性最強的Li+獲得最低的開路電壓,而吸附性最弱的TBA+獲得最高的開路電壓；相對于乙腈(ACN)和3-甲氧基丙腈(MPN),碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯的混合溶液(EC/PC)作為電解質(zhì)溶劑具有較好的光電轉(zhuǎn)換性能；4-TBP在TBA+電解質(zhì)中對DSSC光電性能的影響不如在Li+電解質(zhì)中明顯。 (2)制備了含有不同離子濃度的固態(tài)聚合物電解質(zhì),對不同離子濃度固態(tài)聚合物電解質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)進行表征,測試固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子電導率、離子擴散系數(shù)以及其在DSSC中的光電性能,分析固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子傳導機制,著重研究電解質(zhì)中陰離子的傳導行為,以提高固態(tài)聚合物電解質(zhì)在DSSC中的應用性能。實驗結(jié)果表明,離子濃度過低,固態(tài)聚合物電解質(zhì)為晶態(tài),不利于離子傳導；離子濃度過高,聚合物分子鏈產(chǎn)生交聯(lián),也會降低離子的傳導速率。陰離子不與聚合物分子鏈發(fā)生化學鍵合,依靠聚合物基體中的自由空間來進行傳導,聚合物基體中自由空間體積越大、陰離子擴散系數(shù)越高,離子濃度為EO/LiI=11和8固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有最高的陰離子擴散系數(shù),可應用于DSSC。 (3)制備了含有不同凝膠劑含量的凝膠聚合物電解質(zhì),通過測試凝膠聚合物電解質(zhì)DSSC的輸出電流-電壓曲線以及電化學阻抗譜,研究不同凝膠劑含量的電解質(zhì)對DSSC光電轉(zhuǎn)換性能的影響,分析凝膠聚合物電解質(zhì)的離子傳導和界面電荷轉(zhuǎn)移性能,并且通過制備復合凝膠聚合物電解質(zhì)對凝膠電解質(zhì)進行優(yōu)化。實驗結(jié)果表明,凝膠聚合物電解質(zhì)可提高DSSC的開路電壓,開路電壓隨著凝膠劑含量的增加而提高,最高開路電壓可達到0.873V；分析表明凝膠聚合物電解質(zhì)DSSC開路電壓的提高是由Ti02導帶能級位置的提升以及電子復合速率減小這兩個原因所致；相對于液態(tài)電解質(zhì),凝膠聚合物電解質(zhì)DSSC的長期穩(wěn)定性得到明顯提高；具有較大孔隙率以及孔隙尺寸的光陽極薄膜有助于提高凝膠聚合物電解質(zhì)在DSSC中的應用性能；Ti02納米顆粒提高凝膠聚合物電解質(zhì)的離子傳導性能,可同時提高DSSC的開路電壓和短路電流。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【共引文獻】

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本文編號：2375002