多功能導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)的合成及其準(zhǔn)固態(tài)染料敏化太陽能電池的性能研究.pdf

1、目前，在染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)中最常應(yīng)用的電解質(zhì)是液態(tài)電解質(zhì)，但由于其具有易揮發(fā)、難封裝等缺點，降低了電池的長期穩(wěn)定性，限制了DSSC的商業(yè)化進程。為了提高DSSC的長期穩(wěn)定性及光電轉(zhuǎn)換效率，本文以聚丙烯酸-十六烷基三甲基溴化銨[poly(acrylicacid)-cetyltrimethylammonium bromide，PAA-CTAB]以及聚丙烯酸-聚乙二醇[poly

2、acrylate/poly(ethylene glycol)，PAA-PEG]為基體，負(fù)載I-/I3-氧化還原電對，制備性能優(yōu)異的準(zhǔn)固態(tài)導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)，并詳細(xì)介紹了其制備過程、反應(yīng)機理、性能表征等內(nèi)容。
　　為了解決液態(tài)電解質(zhì)的易泄露、易揮發(fā)等問題，從而提高DSSC的長期穩(wěn)定性以及整個電池器件的光伏性能，本文將導(dǎo)電聚合物聚苯胺(polyaniline，PANi)或聚吡咯(polypyrrole，PPy)引入PAA-CTAB基體中制

3、備導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)PAA-CTAB/PANi、PAA-CTAB/PPy、 PAA-CTAB。研究結(jié)果表明PANi、PPy在PAA-CTAB的基體中形成了相互連接的導(dǎo)電通道，有利于縮短I3-離子的傳輸距離，增加I3-離子與電子發(fā)生還原反應(yīng)的面積，從而提高I3-離子與電子還原反應(yīng)速率。實驗測得室溫條件下導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)PAA-CTAB/PANi、PAA-CTAB/PPy、PAA-CTAB的離子電導(dǎo)率分別為:8.55、7.93、6.38 mS c

4、m-1，由PAA-CTAB、PAA-CTAB/PANi、PAA-CTAB/PPy組裝的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.07％、7.11％、6.39％，這說明PANi、PPy能明顯提高電池的光伏性能。本文將導(dǎo)電聚合物引入準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)基體中，為電解質(zhì)的研究提供了新途徑，將其應(yīng)用到準(zhǔn)固態(tài)DSSC中以期能制備出高性能的DSSC。
　　納米碳材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、分子粒徑小有利于擴散進入PAA-CTAB的微孔結(jié)構(gòu)中、材料來源廣等優(yōu)勢。本文采

5、用自由基聚合制備PAA-CTAB基體，將冷凍干燥后的基體分別浸泡在石墨烯(graphene，G)、氧化石墨烯(graphene oxide，GO)、石墨粉(nanographite，NG)的飽和液態(tài)電解質(zhì)溶液中，同時將冷凍干燥后的基體浸泡在不含納米碳材料的液體電解質(zhì)中作為參比，液體電解質(zhì)在滲透壓作用與毛細(xì)管作用下擴散進入PAA-CTAB基體中，吸附平衡后得到導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)。室溫條件下與PAA-CTAB的相比PAA-CTAB/G、PAA-

6、CTAB/GO、PAA-CTAB/NG的離子電導(dǎo)率都有明顯的提高，分別為:10.56、9.91、7.33 mS cm-1，這表明G、GO、NG有效的提高了電解質(zhì)的電學(xué)性能;同時與PAA-CTAB組裝的DSSC的6.07％的光電轉(zhuǎn)換效率相比，由PAA-CTAB/G、PAA-CTAB/GO、PAA-CTAB/NG制備的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率分別為7.06％、6.35％、6.17％。這表明G、GO、NG能顯著提高電解質(zhì)電化學(xué)性能。
　　

7、由上述兩步實驗可以看出，納米石墨烯具有大幅改善電解質(zhì)電化學(xué)性能的潛力，因此為了制備性能優(yōu)異的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，本文將石墨烯摻雜到PAA-PEG基體中形成PAA-PEG/G導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)。為了優(yōu)化實驗方案，控制石墨烯的含量分別為:0％～5％（m石墨烯/m單體），其他實驗條件一致，結(jié)果表明石墨烯含量為3％的導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)的性能優(yōu)異，并測得電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.41％。通過將石墨烯含量分別為0％～5％的多孔PAA-PEG/G浸泡在含有石墨烯的液