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聚4-乙烯基吡啶准固态电解质的制备及应用研究

作　者: 胡滨
导　师: 刘国军
学　校: 大连工业大学
专　业: 材料学
关键词: 聚4-乙烯基吡啶 凝胶电解质 染料敏化 太阳能电池
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSCs）是一种新型太阳能电池,具有光电转换率高、成本低、制作工艺简单等优点。目前,DSSCs中仍以液体电解质为主,电极腐蚀、电解质泄漏、电池稳定性差、使用寿命短等问题急需解决。以不挥发性离子液体作为液体电解质仍存在一定漏液问题,使电池的安全性和稳定性降低;用固态电解质来代替液体电解质组装的DSSCs,因接触不良、浸润性差、电导率低导致光电转换效率低,无实用价值。因此,要解决电池的漏液与密封等问题,提高电池的长期稳定性,最有效的方法就是电解质的准固化。近年来,准固态聚合物染料敏化太阳能电池的研制与开发受到人们的高度重视且研究日益活跃。本文以4-乙烯基吡啶（4-VP）、丙烯腈（AN）为单体、采用溶液聚合法合成出不同平均相对分子质量和微观结构的4-乙烯基吡啶与丙烯腈的共聚物P（4-VP-co-AN）,然后以P（4-VP-co-AN）为凝胶因子、以卤代烃等为交联剂,通过化学交联生成P（4-VP-co-AN）大分子三维网络结构,使含有I-/I3-氧化还原对的液体电解质准固化,从而制备出可用于DSSCs的准固态聚合物凝胶电解质,并研究P（4-VP-co-AN）凝胶电解质的组成、结构、交联固化条件等因素对DSSCs性能的影响,优化P（4-VP-co-AN）凝胶电解质的合成与制备条件。结果表明:当用特性粘度为31.03 mL/g的共聚物P（4-VP-co-AN）（4-VP与AN摩尔比为1.5:1）,在凝胶电解质前驱体中,聚合物含量5%,交联剂含量1.5%时,80℃下固化液体电解质,制得的凝胶电解质电导率最高,组装的电池在100mW/cm2 AM1.5光照下短路电流（Isc）、开路电压（Voc）、光电转换效率（η）、最大输出功率（Pm）分别达到纯液体电解质DSSCs的85.07%、96.43%、79.07%、80.95%。研究还发现,在液体电解质中加入离子液体,所制备的准固态DSSCs光电性能和长期稳定性得到了进一步提高,在100mW/cm2 AM1.5光照下,电池的η、Pm分别达到含离子液体电解质DSSCs的97.41%、97.92%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 文献综述  10-28
  1.1 DSSCs中电解质的研究进展  12-23
    1.1.1 液体电解质  12-14
      1.1.1.1 有机溶剂液体电解质  12-13
      1.1.1.2 离子液体基液体电解质  13-14
    1.1.2 固体电解质  14-17
      1.1.2.1 无机p-型半导体材料  14-15
      1.1.2.2 有机空穴传输材料  15-16
      1.1.2.3 导电高聚物  16
      1.1.2.4 固态复合电解质  16-17
    1.1.3 准固态电解质  17-23
      1.1.3.1 有机小分子凝胶电解质  18-19
      1.1.3.2 聚合物凝胶电解质  19-22
      1.1.3.3 无机纳米粒子凝胶电解质  22-23
  1.2 准固态电解质在DSSCs中现存问题及展望  23-25
    1.2.1 准固态电解质现存问题  23
    1.2.2 准固态电解质在DSSCs中应用前景及展望  23-25
  1.3 本课题研究的意义、内容及创新点  25-28
    1.3.1 课题研究的意义  25-26
    1.3.2 课题研究的主要内容  26
    1.3.3 课题研究的创新点  26-28
第二章 实验部分  28-36
  2.1 实验药品  28-29
  2.2 实验仪器  29
  2.3 染料敏化TiO_2薄膜电极的制备  29-30
    2.3.1 基片的清洗  29-30
    2.3.2 致密薄膜的制备  30
    2.3.3 多孔TiO_2薄膜的制备  30
      2.3.3.1 FTO导电玻璃片多孔TiO_2薄膜的制备  30
      2.3.3.2 柔性染料敏化TiO_2薄膜电极的制备  30
  2.4 凝胶电解质的制备  30-32
  2.5 凝胶电解质染料敏化太阳能电池的组装  32-33
  2.6 性能表征  33-36
    2.6.1 FTIR分析  33-34
    2.6.2 多孔TiO_2薄膜表面形貌分析  34
    2.6.3 凝胶电解质持液率的测定  34
    2.6.4 凝胶电解质电导率的测定  34
    2.6.5 聚合物溶解时间的测定  34
    2.6.6 凝胶电解质凝胶化时间的测定  34-35
    2.6.7 聚合物分子量的测定  35
    2.6.8 电池光电性能的测定  35
    2.6.9 电池稳定性的测定  35-36
第三章 结果与讨论  36-70
  3.1 凝胶电解质及DSSCs光电性能的研究  36-61
    3.1.1 聚合物红外光谱分析  36-37
    3.1.2 聚合物中AN含量对凝胶电解质及DSSCs光电性能的影响  37-43
      3.1.2.1 聚合物中AN含量对凝胶电解质性能的影响  37-38
      3.1.2.2 聚合物中AN含量对DSSCs光电性能的影响  38-43
    3.1.3 聚合物分子量对凝胶电解质及DSSCs光电性能的影响  43-48
      3.1.3.1 聚合物分子量对凝胶电解质性能的影响  43-45
      3.1.3.2 聚合物分子量对DSSCs光电性能的影响  45-48
    3.1.4 聚合物含量对凝胶电解质及DSSCs光电性能的影响  48-53
      3.1.4.1 聚合物含量对凝胶电解质性能的影响  48-50
      3.1.4.2 聚合物含量对DSSCs光电性能的影响  50-53
    3.1.5 交联密度对凝胶电解质及DSSCs光电性能的影响  53-57
      3.1.5.1 交联密度对凝胶电解质性能的影响  53-55
      3.1.5.2 交联密度对DSSCs光电性能的影响  55-57
    3.1.6 凝胶化温度对凝胶电解质性能的影响  57-59
    3.1.7 温度对聚合物凝胶电解质性能的影响  59-60
    3.1.8 液体电解质与凝胶电解质DSSCs稳定性的比较  60-61
  3.2 含有离子液体凝胶电解质及电池光电性能的研究  61-65
    3.2.1 不同液体电解质准固态DSSCs光电性能的比较  62-64
    3.2.2 不同液体电解质准固态DSSCs稳定性的研究  64-65
  3.3 凝胶电解质在柔性DSSCs中的应用  65-69
  3.4 今后工作的展望  69-70
第四章 结论  70-71
参考文献  71-77
致谢  77-78
附录 硕士期间发表论文及其他成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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