高效低成本染料敏化太阳能电池离子液体电解质研究

【摘要】：离子液体作为21世纪最有希望的绿色溶剂之一,已经应用到了有机化学反应、物质的分离和纯化、电化学等各个领域,其具有不易挥发,稳定温度范围较大,化学稳定性较好,电化学稳窗口较宽,通过对阴阳离子的设计可调节其对无机物、有机物的溶解性等特点。这些性质表明离子液体适合作为染料敏化太阳能电池电解质使用,基于此,我们选择了一系列的二元离子液体,并配制了相应的离子液体电解质测试染料敏化太阳能电池的效率,主要内容包括： 1.我们研究了六种用于染料敏化太阳能电池的二元离子液体电解质的光电转化效率,其中1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/碘化1-丁基-3-甲基咪唑类电解质具有最高的光电转化效率,达到了4.98%。改变其中碘单质的浓度,测量了五种不同碘单质浓度二元离子液体电解质的电化学阻抗谱(EIS)、紫外-可见吸收光谱和入射单色光子-电子转化效率(IPCE),发现随着碘单质浓度的增大,铂-电解质界面的传荷电阻(RCT)和瓦尔堡阻抗(Zw)逐渐减小,而电解质对紫外光的吸收逐渐增大,最后在AM1.5、光强100mW/cm2的条件下测试光电性能,发现当I2的浓度为0.25M时电池效率最高,达到5.20%。 2.我们合成了一种新的离子液体形式的氧化还原电对1-乙基-3-甲基咪唑5-巯基-1-甲基四唑(EMIT),使用不同的对电极组装成染料敏化太阳能电池并测试效率,我们发现碳对电极对电对的催化活性较好,但是限制了离子液体的扩散,最后在AM1.5、光强100mW/cm2的条件下测试光电性能,当对电极为溅射铂电极时电池效率最高,达到2.16%。 【关键词】：离子液体 电解质 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能9-10
• 1.3 太阳能电池10-11
• 1.4 染料敏化太阳能电池11-21
• 1.4.1 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理11-13
• 1.4.2 染料敏化太阳能电池的性能参数13-14
• 1.4.3 染料敏化太阳能电池的光阳极14-15
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池的敏化剂15-17
• 1.4.5 染料敏化太阳能电池的对电极17-18
• 1.4.6 染料敏化太阳能电池的电解质18-21
• 1.4.7 染料敏化太阳能电池存在的问题21
• 1.5 离子液体21-24
• 1.5.1 离子液体的组成21-22
• 1.5.2 离子液体的合成与纯化22-23
• 1.5.3 离子液体的物理性质23-24
• 1.5.4 离子液体在DSC中的应用24
• 1.6 基于离子液体DSC存在的问题24
• 1.7 论文的选题依据和研究目的24-25
• 2 实验方法25-32
• 2.1 实验试剂与设备25-27
• 2.1.1 实验试剂25-26
• 2.1.2 实验设备26-27
• 2.2 DSC的制作27-30
• 2.2.1 光阳极的制备27-28
• 2.2.2 对电极的制备28
• 2.2.3 染料的配制28
• 2.2.4 电解质的配制28-29
• 2.2.5 染料敏化太阳能电池的组装29-30
• 2.2.6 仿真电池的制作30
• 2.3 测试方法30-32
• 2.3.1 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis spectroscopy,UV-Vis)30-31
• 2.3.2 膜厚测试31
• 2.3.3 电化学阻抗谱(Electrochemical impendence spectroscopy,EIS)31
• 2.3.4 光电化学特性测试(current density-voltage curve,I-V)31-32
• 3 基于二元离子液体电解质的DSC研究32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 几种二元离子液体电解质的初步筛选研究32-35
• 3.3 高效低成本二元离子液体电解质的系统研究35-40
• 3.3.1 碘单质浓度对铂-电解质界面传荷电阻和扩散电阻的影响35-36
• 3.3.2 碘单质浓度对吸收光谱的影响36-37
• 3.3.3 碘单质浓度对电池光电性能的影响37-39
• 3.3.4 本章小结39-40
• 4 新型离子液体氧化还原电对的研究40-44
• 4.1 引言40
• 4.2 新型离子液体氧化还原电对的合成与提纯40-42
• 4.2.1 1-乙基-3-甲基咪唑5-巯基-1-甲基四唑(EMIT)的合成40-41
• 4.2.2 二聚-5-巯基-1-甲基四唑(T_2)的合成41-42
• 4.3 电解质性能的表征42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 高沸点有机溶剂电解质的研究44-50
• 5.1 引言44
• 5.2 高沸点有机溶剂的筛选44
• 5.3 高沸点有机溶剂的提纯44-46
• 5.4 高沸点有机溶剂电解质的光电性能测试46-49
• 5.5 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-55
• 附录A 重要化合物谱图55-58
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况58-59
• 致谢59-60

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