基于水溶液電解質(zhì)染料敏化太陽(yáng)能電池的研制.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs)主要由透明導(dǎo)電玻璃、納米TiO2多半導(dǎo)體薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)和對(duì)電極組成,具有高效率、低成本、易制備的特點(diǎn)。電解質(zhì)作為DSSC的一個(gè)重要組成部分對(duì)電池性能的影響較大。目前經(jīng)典的DSSC電解質(zhì)主要是基于有機(jī)溶劑,如乙腈或者三甲氧基丙腈等。這些有機(jī)溶劑電解質(zhì)存在易揮發(fā)、易燃、有毒等缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文主要開(kāi)展了基于水溶液電解質(zhì)的DSSCs研究

2、,瓊脂糖水凝膠電解質(zhì)DSSCs研究以及具有光散射作用的全固態(tài)有機(jī)離子液晶電解質(zhì)DSSCs的研究。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論概括如下:
　　(1)水最為一種廉價(jià)、清潔和環(huán)保無(wú)毒的溶劑,代替乙腈或者三甲氧基丙腈這類(lèi)有毒有機(jī)溶劑合成了純水液體電解質(zhì)。但水具有比較大的表面張力,在固液界面上會(huì)有比較大的表面接觸阻抗,因此通過(guò)向電解質(zhì)添加微量(0.2 wt％)的離子型含氟表面活性劑可以有效地改善界面接觸,增加了電子傳輸速率,提高了

3、DSSC的光電轉(zhuǎn)化性能。電池在100 mW c m-2光強(qiáng)下光電轉(zhuǎn)換效率(η)達(dá)到3.96％。這也是目前水溶液電解質(zhì)所能達(dá)到的較高電池效率之一。
　　(2)水溶液電解質(zhì)在應(yīng)用時(shí)仍然存在易揮發(fā)、易泄漏等長(zhǎng)期不穩(wěn)定的缺陷?；诖藛?wèn)題我們制備了瓊脂糖基的水凝膠電解質(zhì),并研究了電解質(zhì)中不同凝膠含量、I2和I?濃度變化對(duì)電池光電轉(zhuǎn)化效率的影響。同時(shí),水作為電解質(zhì)的主要成分,在低溫條件下存在易結(jié)冰的問(wèn)題,會(huì)降低電解質(zhì)在介孔 TiO2內(nèi)的填充和

4、阻礙器件內(nèi)部的電荷傳輸,并導(dǎo)致器件的光電轉(zhuǎn)化性能降低。通過(guò)向電解質(zhì)中添加適量抗凍劑,明顯降低了電解質(zhì)的冰點(diǎn),電解質(zhì)在?6℃仍可以不結(jié)晶,提高了器件在一定低溫環(huán)境下的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的電解質(zhì)(0.08 M I2,0.2 M NaI and7 wt％agarose),其電池在100 mW c m?2光強(qiáng)下獲得1.54％的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　(3)合成了三種氰基聯(lián)苯和咪唑基的有機(jī)離子液晶(OILCs),并制備了全固態(tài)電解質(zhì)。該有機(jī)離子液晶