咪唑鎓盐基离子导体的结构修饰及其在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

【摘要】：限制染料敏化太阳能电池产业化的主要原因之一是其稳定性较差,发展固态电解质制作全固态电池是克服该问题的有效途径。固态离子导体具有渗透性好和易于合成等优点,是一类很重要的固态电解质材料。本文通过对眯唑环的结构修饰设计合成一系列固态咪唑碘盐离子导体作为固态电解质,应用于染料敏化太阳能电池,具体工作如下：(1)设计合成了一系列不同功能团取代的咪唑碘盐作为固态电解质将其应用于染料敏化太阳能电池中。将咪哗环的两个烷基链依次用酯基、羟乙基取代后,所得材料的电导率及电池性能逐步提高。将羟乙基、酯基双功能团取代的咪唑碘盐与I2, LiI,混合形成的固态电解质可以使电池获得7.45%的光电转换效率。进一步设计合成了双酯基取代咪唑碘盐,充当单一组分固态电解质。(2)为减小固态DSSC中电子给体与电子受体之间的电荷复合,我们提出将氧化还原电对中的电子给体和电子受体分离,分别位于光阳极和对电极,由于光阳极层起始没有电子受体存在,电荷复合速率显著下降。与传统的电子给体／电子受体混合物电解质相比,固态DSSC的短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)及光电转换效率(PCE)都得到明显提高。(3)设计合成了一种含醚基官能团的基于1,2-二甲基咪唑的离子导体,通过X射线单晶衍射对单晶进行分析。其与LiI及I2混合得到的固态电解质使固态DSSC的光电转换效率达到7.55%。(4)设计合成了一种含双炔基功能团的咪唑碘盐离子导体,作为单组分固态电解质,应用于固态DSSC时电池转换效率为6.8%。其单晶结构分析表明炔基之间较强的π-π作用力有利于较高的电导率及较高的电池效率。(5)合成了一系列基于醚基功能团的聚离子液体。通过醚基的引入及醚基氧原子数目的增加,聚合物的柔性得到提高,导致电导率的增强进而电池效率也得到提高。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 固态电解质 咪唑碘 功能团
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 绪论8-49
• 1.1 引言8-9
• 1.2 DSSC的工作原理9-11
• 1.3 DSSC的几个性能参数11-14
• 1.3.1 大气质量数11
• 1.3.2 光电转化效率(IPCE)11-12
• 1.3.3 输出光电流-电压关系曲线(J-V)12-14
• 1.4 DSSC的组成及器件组装14-34
• 1.4.1 光阳极材料14-17
• 1.4.2 光敏化剂17-19
• 1.4.3 对电极19-21
• 1.4.4 电解质21-34
• 1.5 论文的选题意义及研究内容34-36
• 参考文献36-49
• 第二章 实验部分49-53
• 2.1 实验药品及仪器49-50
• 2.2 TiO_2浆料的制备50
• 2.3 TiO_2光阳极的制备50-51
• 2.4 热解铂对电极的制备51
• 2.5 电池的封装51
• 2.6 电池的光电性能测试51-52
• 参考文献52-53
• 第三章 羟乙基、酯基双功能化离子导体的合成及性能研究53-69
• 3.1 引言53
• 3.2 实验部分53-66
• 3.2.1 实验试剂53-54
• 3.2.2 测试与表征54
• 3.2.3 离子导体的合成54-55
• 3.2.4 晶体结构55-57
• 3.2.5 热性能57-58
• 3.2.6 电传导性能58-61
• 3.2.7 光电性能61-66
• 本章小结66-67
• 参考文献67-69
• 第四章 分离氧化还原电对抑制电荷复合69-82
• 4.1 引言69
• 4.2 实验部分69-72
• 4.2.1 实验试剂69-70
• 4.2.2 测试与表征70
• 4.2.3 离子导体的合成70-71
• 4.2.4 电池的制备方法71-72
• 4.3 晶体结构72-74
• 4.4 离子导体的性能表征74-79
• 4.4.1 热性能74-75
• 4.4.2 电传导性能75-76
• 4.4.3 电池性能76-79
• 本章小结79-80
• 参考文献80-82
• 第五章 双炔基咪唑碘作为单组分固态电解质在DSSC中的应用82-93
• 5.1 引言82
• 5.2 实验部分82-91
• 5.2.1 实验试剂82
• 5.2.2 测试与表征82-83
• 5.2.3 离子导体的合成83-84
• 5.2.4 晶体结构84-87
• 5.2.5 热性能87-89
• 5.2.6 UV-vis89
• 5.2.7 光电性能89-91
• 本章小结91-92
• 参考文献92-93
• 第六章 含醚基功能团的咪唑离子导体在固态DSSC中的应用93-105
• 6.1 引言93
• 6.2 实验部分93-102
• 6.2.1 实验试剂93
• 6.2.2 测试与表征93-94
• 6.2.3 离子导体的合成94-95
• 6.2.4 晶体结构95-100
• 6.2.5 光电性能100-102
• 本章小结102-103
• 参考文献103-105
• 第七章 含PEG侧链的咪唑基聚离子液体在固态DSSC中的应用105-117
• 7.1 引言105
• 7.2 实验部分105-107
• 7.2.1 材料与试剂105
• 7.2.2 测试与表征105-106
• 7.2.3 聚离子液体的合成106-107
• 7.3 结果与讨论107-115
• 7.3.1 季铵化程度的检测107-108
• 7.3.2 红外光谱测试108
• 7.3.3 热性能108-109
• 7.3.4 电传导性能109-111
• 7.3.5 电池的性能表征111-115
• 本章小结115-116
• 参考文献116-117
• 全文总结117-119
• 攻读博士学位期间已取得的研究成果119-120
• 致谢120-121

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