固態(tài)電解質(zhì)和電催化材料的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池由于其價格低廉，制備工藝簡單，環(huán)境友好和相對較高的能量轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最有希望取代傳統(tǒng)硅基太陽能電池的新一代光伏器件，從而引起了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界極大的研究興趣。雖然基于液態(tài)電解質(zhì)的電池效率已經(jīng)超過了11％，但是由于液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)使得電池的穩(wěn)定性差，開發(fā)全固態(tài)電池是解決以上問題的根本途徑。但是目前報道的固態(tài)電解質(zhì)由于低的電導(dǎo)率和對二氧化鈦膜差的浸潤性使得全固態(tài)染料敏化太陽電池的效率比較低。因此，設(shè)計合成新的具有高

2、電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)和提高固體電解質(zhì)對二氧化鈦膜的浸溶性會大大的提高全固態(tài)染料敏化太陽電池的性能。針對這一點，我們進行了以下具有創(chuàng)新性的工作:
　　(1)設(shè)計合成了酯基功能化的離子導(dǎo)體，將離子導(dǎo)體1與碘，碘化鋰混合后，由于離子導(dǎo)體1具有的三維電子傳遞能力及羰基氧與鋰離子的配位作用，使得電子能夠沿著碘鏈快速的傳遞，使得固態(tài)電解質(zhì)具有非常高的離子電導(dǎo)率，為5.76mS/cm。通過對電解質(zhì)組成的優(yōu)化，，用純有機染料作為敏化劑，最終器件的效

3、率達到6.63％，長期穩(wěn)定測試發(fā)現(xiàn)，電池在1000 h內(nèi)效率基本不變。
　　(2)我們利用價廉易得的原料合成了炔基功能化的咪唑碘鹽和哌啶碘鹽，其中炔基功能化的咪唑碘鹽由于其高的結(jié)晶度和特殊的分子排布，具有非常高的電導(dǎo)率，為40 mS/cm。將炔基功能化的咪唑碘鹽作為單組分的固體電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽電池中，取得了6.3％的光電轉(zhuǎn)化效率，長期穩(wěn)定性測試發(fā)現(xiàn)，炔基功能化的咪唑碘鹽電解質(zhì)的電池在1500 h內(nèi)效率基本保持不變。

4、　　對電極在DSSC工作過程中起到了接受外電路的電子，催化還原電解質(zhì)中氧化態(tài)的成分。傳統(tǒng)對電極是由一塊鍍鉑(Pt)的導(dǎo)電玻璃充當(dāng)，但由于Pt是貴金屬，且Pt電極的制備耗能較高，極大的限制了DSSC的大規(guī)模應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物由于其價廉易得，制備方法簡單，并且具有相對高的電導(dǎo)率和電催化活性對DSSC的實際應(yīng)用具有十分重大的意義。因此，我們開展了以下具有創(chuàng)新性的研究工作:
　　(1)為了提高聚苯胺對電極的性能，我們在導(dǎo)電玻璃上原位生長了聚

5、苯胺納米線陣列，結(jié)合Co3+/Co2+電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中。與無規(guī)的聚苯胺和鉑相比較，聚苯胺納米線展現(xiàn)出良好的電催化活性和穩(wěn)定性。由于其高的電催化活性，聚苯胺納米線對電極電池的短路電流和填充因子都要比無規(guī)的聚苯胺和鉑高。用有機染料作為敏化劑，聚苯胺納米線對電極電池的效率為8.24％，無規(guī)的聚苯胺的為5.79％，鉑的為6.78％。
　　(2)通過原位電聚合的方法制備了液晶PEDOT作為對電極，利用Co3+/Co2+作為電

6、解質(zhì)，純有機染料作為敏化劑，由于液晶的性質(zhì)增加了其電導(dǎo)率，相比普通的PEDOT，液晶PEDOT對電極具有高的電催化活性和電池性能。這種方法也可以將液晶PEDOT原位電聚合制備在柔性基底例如塑料和纖維上，為制備柔性的電池提供了一種直接的可能性。
　　(3)通過Au-Ⅰ的相互作用，我們在對電極上控制金納米顆粒的定向生長，然后再用旋涂的方法制備一層溴摻雜的PEDOT作為對電極。利用固相原位聚合的技術(shù)合成了電導(dǎo)率高的溴摻雜的PEDOT，將