电解质添加剂的界面修饰作用及其DSC光伏特性的研究

【摘要】：新型电解质的结构与组成及其器件光伏特性是染料敏化太阳能电池研究领域的重要课题。本论文主要针对电解质添加剂的界面修饰作用等相关科学问题，重点开展了准固态电解质中醋酸镁的界面修饰及其光伏特性的研究、准固态电解质中蒙脱土添加剂的插层界面修饰及其光伏特性的研究等。主要研究成果如下： （1）首先研究了准固态电解质中醋酸镁的界面修饰及其作用机理。向PEO凝胶准固态电解质中加入一定量的醋酸镁添加剂后，通过交流阻抗EIS技术、瞬态光电压技术以及暗电流等测试手段研究了醋酸镁添加剂对TiO_2/染料/电解质界面暗发应的作用及其机理，研究结果表明醋酸镁添加剂的界面修饰可以有效阻止暗反应，抑制电子的反向复合，进而提高开路电压和电池的效率。DSC的光伏特性的测试表明，加入一定量醋酸镁能有效提高器件的光电流和光电压，准固态DSC的光电转换效率由4.05%上升到4.96%，光电转换效率提高了22%。IPCE测试结果表明加入醋酸镁后，通过提高电子的注入提高了IPCE值。综合研究表明，醋酸镁界面修饰提高光电流的机理是通过与染料分子间相互作用，提高染料激发态能级，增强了电子的注入，从而提高了光电流和电池的效率。 （2）其次研究了准固态电解质中蒙脱土添加剂的插层界面修饰作用及其机理。将蒙脱土作为添加剂加入PEO凝胶电解质中，稳态伏安研究结果表明蒙脱土能在一定程度上提高电解质中I_3~-扩散系数。利用交流阻抗技术、瞬态光电压技术以及暗电流测试手段研究了蒙脱土在TiO_2/染料/电解质界面上对DSC暗反应的影响，结果表明蒙脱土能有效抑制界面的电子反向复合。DSC的光伏特性的测试表明，加入一定量蒙脱土能有效提高光电流和光电压，准固态DSC的光电转换效率由4.05%上升到4.96%，提高了16%。红外光谱、紫外可见光谱以及XRD的测试表明，蒙脱土和电解质中的N-甲基苯并咪唑发生了插层作用，使得蒙脱土的层间距拉开。强度调制光电压谱和光电流谱的结果表明，插层后的蒙脱土和N-甲基苯并咪唑更好的发挥了蒙脱土抑制暗反应以及加速I_3~-扩散的作用。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 电解质 添加剂 界面修饰
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 染料敏化太阳能电池发展概况9
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理9-11
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构9
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理9-11
• 1.3 染料敏化太阳能电池研究现状11-15
• 1.3.1 半导体光阳极材料11-12
• 1.3.2 染料敏化剂12-13
• 1.3.3 电解质13-14
• 1.3.4 对电极14-15
• 1.4 染料敏化太阳能电池的界面修饰15-17
• 1.4.1 光阳极界面修饰15-16
• 1.4.2 敏化后界面修饰16-17
• 1.4.3 电解质中添加剂的界面修饰17
• 1.5 电解质中的添加剂17-18
• 1.6 具有纳米结构的天然孔材料——蒙脱土18
• 1.7 研究设计思路和主要内容18-20
• 第2章 实验方法20-28
• 2.1 试剂与仪器20-21
• 2.1.1 主要试剂20-21
• 2.1.2 主要仪器21
• 2.2 材料的选择和制备21-23
• 2.2.1 TiO_2纳米晶胶体制备方法21-22
• 2.2.2 凝胶电解质的制备22
• 2.2.3 对电极的制备方法22
• 2.2.4 染料的制备方法22-23
• 2.3 TiO_2多孔光阳极和电池器件的制备方法23-24
• 2.3.1 导电玻璃的清洗23
• 2.3.2 TiO_2致密膜的制备23
• 2.3.3 TiO_2多孔光阳极的制备23
• 2.3.4 染料吸附23
• 2.3.5 DSC 器件的制备23-24
• 2.4 太阳能电池性能参数和测试24-27
• 2.4.1 太阳光谱24-25
• 2.4.2 电池基本参数25-26
• 2.4.3 电池光电响应的测试26-27
• 2.5 电解质性能的表征27
• 2.6 多孔光阳极电子传输的测试27-28
• 第3章 准固态电解质中醋酸镁的界面修饰及其光伏特性28-37
• 3.1 含醋酸镁添加剂的准固态电解质的制备28-29
• 3.2 醋酸镁添加剂的界面修饰作用研究29-31
• 3.2.1 交流阻抗谱的研究29-30
• 3.2.2 暗电流、瞬态光电压谱30-31
• 3.3 醋酸镁添加剂对 DSC 光伏特性影响的研究31-32
• 3.4 醋酸镁添加剂对电解质离子导电性能的影响32-34
• 3.4.1 醋酸镁添加剂对电解质中碘离子电对扩散的影响32-33
• 3.4.2 醋酸镁对电解质的电导率的影响33-34
• 3.5 醋酸镁添加剂对 IPCE 的影响34-35
• 3.6 机理探究35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 准固态电解质中蒙脱土添加剂的插层 界面修饰作用及其光伏特性的研究37-51
• 4.1 MMT 凝胶电解质的制备38
• 4.2 MMT 凝胶电解质中离子导电特性的研究38-40
• 4.2.1 I~－/I_3~－扩散系数的研究38-39
• 4.2.2 电导率的研究39-40
• 4.3 MMT 对 DSC 界面修饰作用的研究40-42
• 4.3.1 交流阻抗谱研究40-41
• 4.3.2 暗电流研究41
• 4.3.3 瞬态光电压谱研究41-42
• 4.4 添加 MMT 电解质 DSC 光伏特性的研究42-43
• 4.5 MMT/NMBI 插层化合物的界面修饰作用43-50
• 4.5.1 NMBI 的界面修饰43-45
• 4.5.2 MMT/NMBI 插层化合物的界面修饰及机理研究45-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 结论51-53
• 5.1 主要结论51-52
• 5.2 主要创新点52-53
• 参考文献53-61
• 致谢61-63
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果63

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