染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合電極與聚合物準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究.pdf

1、自從瑞士洛桑工學(xué)院Gratzel教授于1991年報(bào)道了以聯(lián)吡啶釕(Ⅱ)絡(luò)合物染料敏化納米晶多孔TiO2薄膜太陽(yáng)能電池以來(lái),這種電池憑借其相對(duì)低廉的成本、簡(jiǎn)單的制作工藝而成為全球的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCs)是由涂覆納米多孔TiO2薄膜的透明導(dǎo)電玻璃光陽(yáng)極、鉑片或鍍鉑的導(dǎo)電玻璃對(duì)電極和含有Iˉ/I3ˉ氧化還原對(duì)的電解質(zhì)組成。毫無(wú)疑問(wèn),電極的制備及其優(yōu)化對(duì)于獲得高的光電轉(zhuǎn)換效率是非常重要的。同時(shí),因?yàn)橐簯B(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)和泄

2、漏導(dǎo)致電池封裝困難,縮短使用壽命,對(duì)電解質(zhì)的固化也具有非常重要的意義。
　　用電紡TiO2納米纖維膜作光散射層,以涂覆有納米聚吡咯的不銹鋼片作對(duì)電極,設(shè)計(jì)和制作了一個(gè)新型不銹鋼絲網(wǎng)柔性準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池。光伏性能測(cè)試表明,電紡TiO2納米纖維膜可以提高光吸收能力和光電轉(zhuǎn)換效率。循環(huán)伏安測(cè)試顯示聚吡咯電極具有較高的電催化活性。以 N719為染料敏化劑,聚吡咯電極為對(duì)電極的柔性準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)2.36％

3、,是以鉑片為對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(2.8%)的84%。
　　設(shè)計(jì)了一種新型的TiO2納米粒子/納米棒復(fù)合電極,并應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中。通過(guò)電紡技術(shù)制備TiO2納米纖維并研磨得到TiO2納米棒。TiO2納米棒的比表面積為88.78 m2 g–1,比P25型納米TiO2粒子要增大91.3%。用P25型TiO2納米粒子、電紡TiO2納米棒和微量MgO共混制備了染料敏化太陽(yáng)能電池復(fù)合光陽(yáng)極。在AM1.5(100

4、mW·cm–2)的模擬太陽(yáng)光照射下,以三苯胺染料SD2和釕染料N719為染料敏化劑,優(yōu)化的電池的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到8.28%和8.80%。這結(jié)果表明復(fù)合光陽(yáng)極的電紡TiO2納米棒可改善電極的物理化學(xué)性能,提高電池的光伏性能。
　　利用電紡技術(shù)制備聚合物/TiO2雜化納米纖維微孔膜,并應(yīng)用于制備準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽(yáng)能電池。通過(guò)在聚合物中摻入TiO2,可以提高納米纖維微孔膜的力學(xué)強(qiáng)度和熱性能。電紡制備的PVP/TiO2、PAN/TiO

5、2雜化納米纖維微孔膜準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率分別為2.81 mS·cm–1、2.62 mS·cm–1,接近液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。PVP/TiO2、PAN/TiO2雜化納米纖維微孔膜的吸液率可達(dá)750%以上,孔隙率在85%以上。以三苯胺染料SD2染料敏化劑,PVP/TiO2和PAN/TiO2雜化納米纖維微孔膜準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài) DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到7.24%和7.08%,以釕染料N719為染料敏化劑,分別達(dá)到7.79%和7.

6、97%。這種雜化納米纖維微孔膜準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到液態(tài)電解質(zhì)的的90%以上。
　　通過(guò)羥丙基纖維素(HPC)與丙烯腈的Michael縮合反應(yīng)合成了氰乙基化的羥丙基纖維素(CN-HPC),并應(yīng)用制備準(zhǔn)固態(tài)凝膠電解質(zhì)。以LiI/I2和1-甲基-3-已基咪唑碘(MHII)/I2為氧化還原對(duì)的凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率率分別達(dá)到2.94 mS·cm–1,2.46 mS·cm–1,接近液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。I3ˉ的擴(kuò)