固態(tài)電解質(zhì)和電催化材料的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池由于其價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好和相對(duì)較高的能量轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最有希望取代傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池的新一代光伏器件，從而引起了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界極大的研究興趣。雖然基于液態(tài)電解質(zhì)的電池效率已經(jīng)超過(guò)了11％，但是由于液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)使得電池的穩(wěn)定性差，開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池是解決以上問(wèn)題的根本途徑。但是目前報(bào)道的固態(tài)電解質(zhì)由于低的電導(dǎo)率和對(duì)二氧化鈦膜差的浸潤(rùn)性使得全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)電池的效率比較低。因此，設(shè)計(jì)合成新的具有高

2、電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)和提高固體電解質(zhì)對(duì)二氧化鈦膜的浸溶性會(huì)大大的提高全固態(tài)染料敏化太陽(yáng)電池的性能。針對(duì)這一點(diǎn)，我們進(jìn)行了以下具有創(chuàng)新性的工作:
　　(1)設(shè)計(jì)合成了酯基功能化的離子導(dǎo)體，將離子導(dǎo)體1與碘，碘化鋰混合后，由于離子導(dǎo)體1具有的三維電子傳遞能力及羰基氧與鋰離子的配位作用，使得電子能夠沿著碘鏈快速的傳遞，使得固態(tài)電解質(zhì)具有非常高的離子電導(dǎo)率，為5.76mS/cm。通過(guò)對(duì)電解質(zhì)組成的優(yōu)化，，用純有機(jī)染料作為敏化劑，最終器件的效

3、率達(dá)到6.63％，長(zhǎng)期穩(wěn)定測(cè)試發(fā)現(xiàn)，電池在1000 h內(nèi)效率基本不變。
　　(2)我們利用價(jià)廉易得的原料合成了炔基功能化的咪唑碘鹽和哌啶碘鹽，其中炔基功能化的咪唑碘鹽由于其高的結(jié)晶度和特殊的分子排布，具有非常高的電導(dǎo)率，為40 mS/cm。將炔基功能化的咪唑碘鹽作為單組分的固體電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池中，取得了6.3％的光電轉(zhuǎn)化效率，長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，炔基功能化的咪唑碘鹽電解質(zhì)的電池在1500 h內(nèi)效率基本保持不變。

4、　　對(duì)電極在DSSC工作過(guò)程中起到了接受外電路的電子，催化還原電解質(zhì)中氧化態(tài)的成分。傳統(tǒng)對(duì)電極是由一塊鍍鉑(Pt)的導(dǎo)電玻璃充當(dāng)，但由于Pt是貴金屬，且Pt電極的制備耗能較高，極大的限制了DSSC的大規(guī)模應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物由于其價(jià)廉易得，制備方法簡(jiǎn)單，并且具有相對(duì)高的電導(dǎo)率和電催化活性對(duì)DSSC的實(shí)際應(yīng)用具有十分重大的意義。因此，我們開(kāi)展了以下具有創(chuàng)新性的研究工作:
　　(1)為了提高聚苯胺對(duì)電極的性能，我們?cè)趯?dǎo)電玻璃上原位生長(zhǎng)了聚

5、苯胺納米線陣列，結(jié)合Co3+/Co2+電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中。與無(wú)規(guī)的聚苯胺和鉑相比較，聚苯胺納米線展現(xiàn)出良好的電催化活性和穩(wěn)定性。由于其高的電催化活性，聚苯胺納米線對(duì)電極電池的短路電流和填充因子都要比無(wú)規(guī)的聚苯胺和鉑高。用有機(jī)染料作為敏化劑，聚苯胺納米線對(duì)電極電池的效率為8.24％，無(wú)規(guī)的聚苯胺的為5.79％，鉑的為6.78％。
　　(2)通過(guò)原位電聚合的方法制備了液晶PEDOT作為對(duì)電極，利用Co3+/Co2+作為電

6、解質(zhì)，純有機(jī)染料作為敏化劑，由于液晶的性質(zhì)增加了其電導(dǎo)率，相比普通的PEDOT，液晶PEDOT對(duì)電極具有高的電催化活性和電池性能。這種方法也可以將液晶PEDOT原位電聚合制備在柔性基底例如塑料和纖維上，為制備柔性的電池提供了一種直接的可能性。
　　(3)通過(guò)Au-Ⅰ的相互作用，我們?cè)趯?duì)電極上控制金納米顆粒的定向生長(zhǎng)，然后再用旋涂的方法制備一層溴摻雜的PEDOT作為對(duì)電極。利用固相原位聚合的技術(shù)合成了電導(dǎo)率高的溴摻雜的PEDOT，將