染料敏化太陽能電池電解質(zhì)離子傳導及界面電荷轉(zhuǎn)移性能的研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池（DSSC）是基于光電化學的新型太陽能電池，具有廣闊的研究和應用前景。目前，DSSC較多采用有機液態(tài)溶液作為電解質(zhì)，以獲取較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但鑒于液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、易泄漏等問題，DSSC的長期穩(wěn)定性得不到保證。為了提升DSSC的長期穩(wěn)定性，聚合物電解質(zhì)開始被研究應用于DSSC。但與有機液態(tài)電解質(zhì)相比，聚合物電解質(zhì)的離子傳導性能較差，致使DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率較低，限制了聚合物電解質(zhì)在DSSC中的進一步應用。因此，本文

2、圍繞電解質(zhì)的離子傳導及界面電荷轉(zhuǎn)移過程，重點研究有機液態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)以及凝膠聚合物電解質(zhì)的離子傳導及電荷轉(zhuǎn)移性能，及其對DSSC光電轉(zhuǎn)換性能的影響機制，并以此為基礎，開發(fā)出兼具較好長期穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換性能的聚合物電解質(zhì)。研究獲得的主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　?。?）制備了含有不同I2濃度、陽離子、溶劑以及添加劑4-TBP的有機液態(tài)電解質(zhì)，通過測試不同組分電解質(zhì)DSSC的輸出電流-電壓曲線以及電化學阻抗譜，分析I-/I3-氧

3、化還原電對在界面的電荷轉(zhuǎn)移機理，為后續(xù)開發(fā)聚合物電解質(zhì)提供理論依據(jù)。實驗結(jié)果表明，電解質(zhì)中I2的濃度和陽離子對DSSC的光電性能有重要影響。隨著I2濃度的增加，DSSC中的電子復合速率提高，導致DSSC的開路電壓減??；陽離子通過與TiO2表面的吸附作用改變DSSC的界面性能，與TiO2表面吸附性最強的Li+獲得最低的開路電壓，而吸附性最弱的TBA+獲得最高的開路電壓；相對于乙腈（ACN）和3-甲氧基丙腈（MPN），碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯

4、的混合溶液（EC/PC）作為電解質(zhì)溶劑具有較好的光電轉(zhuǎn)換性能；4-TBP在TBA+電解質(zhì)中對DSSC光電性能的影響不如在Li+電解質(zhì)中明顯。
　?。?）制備了含有不同離子濃度的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，對不同離子濃度固態(tài)聚合物電解質(zhì)的化學結(jié)構進行表征，測試固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子電導率、離子擴散系數(shù)以及其在DSSC中的光電性能，分析固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子傳導機制，著重研究電解質(zhì)中陰離子的傳導行為，以提高固態(tài)聚合物電解質(zhì)在DSSC中的應用性能

5、。實驗結(jié)果表明，離子濃度過低，固態(tài)聚合物電解質(zhì)為晶態(tài)，不利于離子傳導；離子濃度過高，聚合物分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)，也會降低離子的傳導速率。陰離子不與聚合物分子鏈發(fā)生化學鍵合，依靠聚合物基體中的自由空間來進行傳導，聚合物基體中自由空間體積越大、陰離子擴散系數(shù)越高，離子濃度為EO/LiI=11和8固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有最高的陰離子擴散系數(shù)，可應用于DSSC。
　?。?）制備了含有不同凝膠劑含量的凝膠聚合物電解質(zhì)，通過測試凝膠聚合物電解質(zhì)DSSC

6、的輸出電流-電壓曲線以及電化學阻抗譜，研究不同凝膠劑含量的電解質(zhì)對DSSC光電轉(zhuǎn)換性能的影響，分析凝膠聚合物電解質(zhì)的離子傳導和界面電荷轉(zhuǎn)移性能，并且通過制備復合凝膠聚合物電解質(zhì)對凝膠電解質(zhì)進行優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，凝膠聚合物電解質(zhì)可提高DSSC的開路電壓，開路電壓隨著凝膠劑含量的增加而提高，最高開路電壓可達到0.873V；分析表明凝膠聚合物電解質(zhì)DSSC開路電壓的提高是由TiO2導帶能級位置的提升以及電子復合速率減小這兩個原因所致；相對于