染料敏化太陽能電池中PEG基體聚合物電解質和低鉑負載量對電極研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)，具有低成本、易制備和高的光電轉換效率等優(yōu)點，成為當前光電轉換材料和納米技術研究領域中的熱點之一。染料敏化太陽能電池的研究不僅對探索制備廉價太陽能電池的途徑有實際意義，其研究對半導體光電子學、納米多孔材料、有機電解質、材料界面理論及光電化學等方面均具有重要的科學意義。本論文較為詳細地綜述了染料敏化太陽能電池的國內(nèi)外研究進展，針對DSSC中電解質和對電極研究開發(fā)中存在的問題，開展了PEG基體聚合物電解質和低鉑

2、對電極的研究。通過對制備不同聚合物電解質基體的研究，探討聚合物電解質離子導電的一般規(guī)律，考察聚合物電解質中不同的組成成分對電解質離子電導率以及聚合物準固態(tài)DSSC光電性能的影響，以期提高聚合物染料敏化太陽能電池的使用壽命和光電性能；制備了低鉑含量的鉑對電極和鉑/碳黑復合對電極，研究其對DSSC光電性能的影響，以期獲得高活性、制備成本更為低廉的對電極。主要研究內(nèi)容如下： 1.采用共混的方法制備了PEG/PVP聚合物電解質，對其組成

3、進行了優(yōu)化；通過對無機碘鹽篩選，在該電解質體系中采用KI具有較高的離子導電性能；考察了KI濃度與聚合物電解質電導率的變化關系，用離子對模型對這一變化規(guī)律進行了解釋；對聚合物電解質電導率-溫度特性關系分析，電解質的電導率隨著溫度的升高而增加，其σ-T曲線符合Arrhenius方程；表征了碘及碘化鉀在共混聚合物基體中的溶解特性，并用聚合物電解質組裝了DSSC，測定了光電性能，討論了PVP對其光電性能影響，在優(yōu)化的條件下，獲得了4.01％的光

4、電轉換效率；考察了共混聚合物電解質DSSC長期穩(wěn)定性，表現(xiàn)出了優(yōu)于液體電解質的長期穩(wěn)定性，在兩個月的測試時間內(nèi)，總光電轉換效率的變化在±5％以內(nèi)。 2.通過縮合反應制備了PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物電解質。用FTIR和DSC對交聯(lián)聚合物進行了表征，分析了以PEG與TEOS的交聯(lián)反應，將液態(tài)的PEG-1000凝膠化。優(yōu)化了I-/I3-氧化還原電對在PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物基體中的濃度，獲得了該電解質體系中離子電導率最大值為

5、3.12毫西門子/厘米；采用拉曼光譜表征，證實了在聚合物電解質中I3-和I2n+3-(n=1，2，3，…)的形成以及單質碘的溶解；在最優(yōu)化電解質的條件下(交聯(lián)聚合物電解質中含有KI 0.60摩爾/升和I2 0.06摩爾/升)，該染料敏化太陽能電池在100毫瓦/平方厘米的光強下獲得了4.97％的光電轉換效率，也表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。 3.采用鉑納米粒子電沉積法制備了用于染料敏化太陽能電池的低鉑含量的對電極，表征了鉑納米粒子的還原生

6、成及其形貌；考察了該制備方法電沉積時間與其組裝的DSSC的光電轉換效率的關系，發(fā)現(xiàn)當FTO導電玻璃在鉑納米水溶膠中電沉積時間達到20分鐘時，可以獲得較好的光電效果并且對電極鉑的含量相對較少。并與電化學電鍍法、熱分解法制備的鉑對電極進行了比較，以鉑納米粒子電沉積法制備對電極的DSSC獲得的光電性能與電化學電鍍法制備的對電極相當，并高于熱分解法制備的對電極。 4.用NaBH4還原法將鉑負載于碳黑之中，制備了用于DSSC的鉑/碳黑復合

7、對電極，表征了鉑納米粒子在碳黑上的負載及其形貌；并用循環(huán)伏安法比較了電化學電鍍法制備的鉑電極、碳黑電極及鉑/碳黑復合電極在I-/I3-體系中的的催化活性；考察了鉑/碳黑復合對電極中鉑的負載量對DSSC光電性能的影響；通過光電性能的比較，發(fā)現(xiàn)采用鉑/碳黑復合對電極的DSSC具有不低于采用鉑金對電極的DSSC相當?shù)墓怆娦阅?，它們的光電轉換效率分別為6.72％和6.63％。 通過上述研究，以期對DSSC中電解質和對電極的進一步研究提供