新型離子液體的合成及其在染料敏化太陽電池中的應用.pdf

1、染料敏化太陽電池（DSC）是一種新型的化合物薄膜太陽電池，它采用納米多孔TiO2薄膜電極替代傳統(tǒng)的平板電極，以釕(Ⅱ)的多吡啶配合物作敏化劑，I2/I-氧化還原電對的電解質(zhì)體系，以其潛在的低成本、相對簡單的制作工藝和技術(shù)等優(yōu)勢贏得了人們的廣泛重視。自從1991年Gratzel教授首次將納米多孔的概念引入染料敏化寬禁帶TiO2半導體研究中，獲得了光電轉(zhuǎn)換效率7.1％，而到了2001年和2004年，電池效率更是首次達到10.4％和11.04

2、％。 在DSC應用研究中，已經(jīng)證實電解液是影響電池光電轉(zhuǎn)換效率和長期穩(wěn)定性的重要因素之一。傳統(tǒng)的有機溶劑電解液由于溶點低，易揮發(fā)，易燃燒，給電池的封裝帶來到了困難，而離子液體具有非常小的飽和蒸氣壓、不揮發(fā)、沸點較高，較好的電化學穩(wěn)定性及較寬的電化學窗口等優(yōu)點。以離子液體作為溶劑制備的電解液較好的克服了上述困難，成為染料敏化太陽電池未來發(fā)展的一個重要方向。 為了研究和發(fā)現(xiàn)新型的，能應用于DSC中的黏度較低，電導率較高的電解液

3、材料，合成了兩種新型的室溫離子液體：S114TFSI和cg12TFSI，它們的熔點分別為：低于零下60℃與零下9.3攝氏度，分解溫度分別為：278.4℃與400℃，具有較低的蒸氣壓。S114TFSI與cg12TFSI離子液體在室溫下電導率分別為2.25ms cm-1與 3.96ms cm-1，粘度為54.6與42.3cP，屬于低黏度離子液體的范疇。并且在測量的溫度范圍內(nèi)其黏度能很好的符合阿倫紐斯方程與VTF方程。 將S114TF

4、SI與S221I離子液體混合組成電解液應用于染料敏化太陽電池DSC中。隨著膜厚的增加，電池的短路電流與光電轉(zhuǎn)換效率先增大后減小。最優(yōu)的膜厚為10μm。不同體積比的S114TFSI與S221I也會影響電池的性能，隨著S221I體積比的增加，I-數(shù)量的增加導致電池的將導致短路電流強度Jsc與光電轉(zhuǎn)換效率h的降低。但是S221I的比例不能過小，否則發(fā)生了副反應。最優(yōu)的S114TFSI與S221I的體積比為1：1。S114TFSI作為電解液溶劑

5、應用于染料敏化太陽電池DSC中。隨著添加劑TBP的加入，電池的開路電壓Voc與填充因子FF得到提高，但是對短路電流強度Jsc卻帶來不利的影響,所以對光電轉(zhuǎn)換效率影響不大，甚至是下降。而添加劑LiI的加入對電池的短路電流，開路電壓都能帶來顯著提高。隨著光照強度的增加，電池的轉(zhuǎn)化效率逐漸減小。 cg12TFSI與LiI、I2、TBP混合組成的電解液應用于染料敏化太陽電池DSC中。不同的TiO2膜厚對電池的性能帶來影響，隨著膜厚的增加