用于染料敏化太阳能电池的聚丙烯酸（酯）/聚乙二醇/I~-/I_3~-聚合物凝胶电解质的研究

【摘要】：本论文主要研究了聚丙烯酸(酯)/聚乙二醇(PEG)/I-/I3聚合物凝胶电解质及其在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的应用。主要研究内容如下： 制备新型聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)/聚乙二醇400/I-/I3-(P(MMA-BA)/PEG400/I-/I3-)聚合物凝胶电解质。基于该凝胶电解质的DSSC的光伏转换效率η=0.91%(0.16cm2,AM 1.5,100 mW.cm-2)。 制备了新型聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸)/聚乙二醇400/I-/I3-(P(MMA-BA-MAA)/PEG400/I-/I3-)聚合物凝胶电解质。优化后的聚合物凝胶电解质组分为：20 wt.%P(MMA-BA-MAA)/PEG400,0.6 mol/L NaI,0.06 mol/L I2,溶剂为γ-丁内酯(GBL);30℃时电导率达到3.12 mS.cm-1。优化后DSSC的η=3.63%(0.16cm2,AM 1.5,100mW.cm-2)和2.10%(0.36cm2, AM 1.5,100 mW.cm-2),与相应的基于液体电解质DSSC的η相当,η=3.83%(0.16cm2)和2.23%(0.36cm2)。 发现对基于液体电解质DSSC的η有促进作用的电解质添加剂叔丁基吡啶(TBP)、吡啶(PY)、异硫氰酸胍(GuSCN),对P(MMA-BA-MAA)/PEG400/NaI/I2聚合物凝胶电解质存在不同的效果,这归因于聚合物凝胶电解质中存在离子键和氢键作用。发现TBP和GuSCN对η有抑制作用,而PY对η有促进作用。由于该聚合物凝胶电解质中存在离子键和氢键作用,所以含有COOH的聚合物体系在形成稳定的凝胶和碱性添加剂匹配之间存在一个最优化配方。 用IR分析了聚合物凝胶电解质中的氢键作用。用热失重(TGA)研究了聚合物的热稳定性。用太阳能光伏系统测试了DSSC的光伏性能。同时,测试了DSSC的外量子效率(IPCE)以及电池的交流阻抗(EIS)。 合成了(丙烯酸/烯丙氧基聚乙二醇)共聚物(PAA/APEG),制备可用于DSSC的聚合物凝胶电解质PAA/APEG/KI/I2/GBL。考察了交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(Bis)对PAA/APEG吸液率的影响,研究表明,当交联剂Bis含量为单体2wt.%时,PAA/APEG的吸液率最高,30℃电导率可达6.892mS.cm-1。与相应的液体电解质NaI/I2/GBL的σ=7.79 mS.cm-1相当,远大于聚合物固体电解质(σ=10-3～10-5 mS.cm-1)。 以上各体系分别用1H NMR和IR对聚合物分子结构进行了表征。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚合物凝胶电解质 聚丙烯酸酯 聚乙二醇 光伏转换效率
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 前言13-25
• 1.1 选题的目的和意义13
• 1.2 太阳能电池的发展13-14
• 1.3 染料敏化太阳能电池(nss)C的国内外发展动态14-23
• 1.3.1 太阳能电池的性能参数14-15
• 1.3.2 DSSC组成简介15-16
• 1.3.3 DSSC电池原理16-18
• 1.3.4 聚合物凝胶电解质的发展18-23
• 1.4 聚合物凝胶电解质的应用及展望23
• 1.5 本文的主要研究内容23-24
• 1.6 本文的创新点24-25
• 第二章 基于P(MMA-BA)/PEG400/NaI/I_2聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 实验材料、溶液配制及测试仪器25-27
• 2.2.1 实验材料25-26
• 2.2.2 溶液配制26
• 2.2.3 测试仪器26-27
• 2.3 P(MMA-BA)/PEG400的合成及表征27-33
• 2.3.1 P(MMA-BA)/PEG400的合成27-28
• 2.3.2 P(MMA-BA)/PEG400的表征28-33
• 2.4 P(MMA-BA)/PEG400/NaI/I_2聚合物凝胶电解质的制备及电性能测试33-34
• 2.4.1 凝胶电解质的制备33
• 2.4.2 电性能测试33-34
• 2.5 DSSC的组装及性能测试34-38
• 2.5.1 DSSC的组装34-35
• 2.5.2 DSSC性能测试35-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 基于P(MMA-BA-MAA)/PEG400/NaI/I_2聚合物凝胶电解质的DSSC的制备及研究39-60
• 3.1 引言39
• 3.2 实验材料、溶液配制及测试仪器39-40
• 3.2.1 实验材料39
• 3.2.2 溶液配制39-40
• 3.2.3 测试仪器40
• 3.3 P(MMA-BA-MAA)/PEG400的合成及表征40-46
• 3.3.1 P(MMA-BA-MAA)/PEG400的合成40
• 3.3.2 P(MMA-BA-MAA)/PEG400的表征40-46
• 3.4 P(MMA-BA-MAA)/PEG400/NaI/I_2聚合物凝胶电解质的制备及优化46-52
• 3.4.1 聚合物凝胶电解质的制备46
• 3.4.2 聚合物凝胶电解质的优化46-52
• 3.5 DSSC的组装52
• 3.6 DSSC的性能测试52-58
• 3.6.1 电解质添加剂对DSSC效率的影响52-57
• 3.6.2 DSSC的EIS测试57-58
• 3.6.3 DSSC的IPCE测试58
• 3.7 本章小结58-60
• 第四章 (丙烯酸/烯丙氧基聚乙二醇)(PAA/APEG)共聚物/KI/I_2凝胶电解质的制备及研究60-65
• 4.1 引言60
• 4.2 实验材料、溶液配制及测试仪器60
• 4.2.1 实验材料60
• 4.2.2 溶液配制60
• 4.2.3 测试仪器60
• 4.3 PAA/APEG共聚物的合成及热性能测试60-62
• 4.3.1 PAA/APEG共聚物的合成60-61
• 4.3.2 热性能测试61-62
• 4.4 PAA/APEG/KI/I_2共聚物凝胶电解质的制备及电性能测试62-64
• 4.4.1 共聚物凝胶电解质的制备62-63
• 4.4.2 电性能测试63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 全文总结65-66
• 参考文献66-75
• 作者在攻读硕士学位期间发表或已接受的论文及专利75-76
• 致谢76

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