染料敏化太阳能电池中聚合物凝胶电解质及TiO_2有序膜的研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(DSSC)由于具有低成本、易制备和高的光电转换效率等优点而成为当前研究的热点。本文通过对含不同胶凝剂的聚合物凝胶电解质的研究,探讨电解质的导电机理,考察不同胶凝剂和不同碘盐对电解质的电导率和准固态DSSC光电性能的影响,以期提高准固态DSSC的使用寿命和光电性能;并初步研究了用聚苯乙烯胶体晶体作为模板制备有序TiO2薄膜的方法,讨论了薄膜的微观结构对电子传输机理的影响。主要内容如下: (1)制备了新型聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I- /I2;探讨了不同的有机溶剂、聚(丙烯腈-苯乙烯)(AS)的浓度、N-甲基喹啉碘盐(C10H10N+I-)的浓度和温度对聚合物凝胶电解质导电性能及准固态染料敏化太阳能电池光电性能的影响;比较了AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I-和AS-EC/PC/DMC-NaI/I2所组装的准固态DSSC在光电性能上的差别。结果表明:当AS的浓度为17%,混合有机溶剂乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)的质量比为4:2:1,C10H10N+I-的浓度为0.6M,碘(I2)的浓度为0.06M时,该聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C10H10N+I-/I2的电导率为5.12ms·cm-1(25℃);以其组装的DSSC在100mW/cm2模拟太阳光照射下,取得了4.04%光电转换效率且具有较长期的稳定性,性能要优于聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-NaI/I2体系的。 (2)制备了新型聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I2。该聚合物凝胶电解质在124℃以下的失重率为3.73%,其具有很好的热稳定性,能够满足DSSC的使用要求。在25℃的条件下,PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I2的电导率为6.89 ms·cm-1。该凝胶电解质组装的电池,在100mW/cm2的模拟太阳光照射下取得了4.78%光电转换效率。 (3)文中还利用聚苯乙烯胶体晶体模板制备二氧化钛有序薄膜,并对聚苯乙烯胶体晶体模板和二氧化钛有序膜的微观结构进行表征。结果表明:采用垂直自然沉积法得到的胶体晶体模板缺陷较少,结构的均一性较好,以其作为模板制备的二氧化钛薄膜相对有序;以该有序薄膜组装的染料敏化太阳能电池获得较高的开路电压。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚合物凝胶电解质 N-甲基喹啉碘盐 准固态 TiO_2有序膜
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 论文摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 太阳能电池的发展历史10-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及其工作原理12-14
• 1.2.1 DSSC 结构12-13
• 1.2.2 DSSC 光电转换原理13-14
• 1.3 阳极材料的研究进展14-15
• 1.4 染料的研究进展15-18
• 1.4.1 钌多吡啶有机金属配合物16-17
• 1.4.2 纯有机染料17
• 1.4.3 其它金属配合物染料17
• 1.4.4 天然染料17-18
• 1.4.5 半导体量子点染料18
• 1.5 电解质研究进展18-22
• 1.5.1 液态电解质18-20
• 1.5.2 凝胶电解质20-21
• 1.5.3 固态电解质21-22
• 1.6 对电极研究进展22-23
• 1.7 染料敏化太阳能电池性能的影响因素23-24
• 1.7.1 太阳光强度对DSSC 光电性能的影响23
• 1.7.2 温度对DSSC 光电性能的影响23-24
• 1.8 染料敏化太阳能电池面临的问题24-25
• 1.9 本论文的研究目的和研究内容25-26
• 第二章 新型聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C_(10)H_(10)N~+I~-/I_2的制备及其在准固态DSSC 中的应用26-43
• 2.1 实验主要药品和仪器26-27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 N-甲基喹啉碘盐的制备27
• 2.2.2 聚合物凝胶电解质的制备27-28
• 2.2.2.1 聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-C_(10)H_(10)N~+I~-/I_2 的制备27-28
• 2.2.2.2 聚合物凝胶电解质AS-EC/PC/DMC-NaI/I_2 的制备28
• 2.2.3 准固态染料敏化太阳能电池的制备28-30
• 2.2.3.1 导电玻璃片的清洗29
• 2.2.3.2 染料敏化TiO_2 多孔薄膜电极的制备29-30
• 2.2.3.3 对电极的制备30
• 2.2.3.4 准固态染料敏化太阳能电池的组装30
• 2.2.4 性能测试30-32
• 2.2.4.1 聚合物凝胶电解质的性能测试30-31
• 2.2.4.2 准固态染料敏化太阳能电池性能测试31-32
• 2.3 结果与讨论32-42
• 2.3.1 聚合物AS 对电解质电导率的影响32-34
• 2.3.2 有机溶剂对电解质电导率的影响34-35
• 2.3.3 有机溶剂对DSSC 光电性能的影响35-36
• 2.3.4 温度对电导率的影响36-37
• 2.3.5 N-甲基喹啉碘盐的浓度对电解质电导率的影响37-39
• 2.3.6 N-甲基喹啉碘盐的浓度对DSSC 光电性能的影响39-40
• 2.3.7 不同电解质组装的DSSC 光电性能的比较40-41
• 2.3.8 准固态DSSC 与液体DSSC 的稳定性的比较41-42
• 2.4 小结42-43
• 第三章 新型聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NAI/I_2的制备及其对准固态DSSC 性能的影响43-55
• 3.1 实验主要药品和仪器43-44
• 3.2 实验部分44-45
• 3.2.1 单体甲基丙烯酸甲酯的精制44
• 3.2.2 聚甲基丙烯酸甲酯的合成44
• 3.2.3 聚合物凝胶电解质的制备44-45
• 3.2.3.1 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I_2 的制备44-45
• 3.2.3.2 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-C_(10)H_(10)N~+I~-/I_2 的制备45
• 3.2.4 敏化TiO_2 薄膜的制备及DSSC 的组装45
• 3.2.5 性能测试45
• 3.2.5.1 凝胶电解质电导率的测试45
• 3.2.5.2 准固态DSSC 的光电性能测试45
• 3.3 结果和讨论45-53
• 3.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯在凝胶电解质中的作用45-46
• 3.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯的浓度对电解质性能的影响46-47
• 3.3.3 温度对聚合物凝胶电解质电导率的影响47-49
• 3.3.4 聚合物凝胶电解质PMMA-EC/PC/DMC-NaI/I_2 的热稳定性49-50
• 3.3.5 NaI 的浓度对电解质电导率和DSSC 光电性能的影响50-51
• 3.3.6 不同电解质组装的DSSC 光电性能的比较51-53
• 3.3.7 染料敏化太阳能电池稳定性的比较53
• 3.4 小结53-55
• 第四章 染料敏化太阳能电池中TIO_2有序膜制备的初探55-61
• 4.1 实验主要药品和仪器55-56
• 4.2 实验部分56-57
• 4.2.1 苯乙烯单体的精制56
• 4.2.2 聚苯乙烯胶体晶体的制备56
• 4.2.3 染料敏化二氧化钛有序膜的制备56-57
• 4.2.4 电池的组装和性能测试57
• 4.3 结果和讨论57-59
• 4.3.1 聚苯乙烯胶体晶体模板的比较57-58
• 4.3.2 二氧化钛薄膜SEM 分析58-59
• 4.3.3 染料敏化太阳能电池的光电性能59
• 4.4 小结59-61
• 第五章 总结61-63
• 参考文献63-71
• 附录：硕士研究生在读期间发表的论文71-72
• 致谢72

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