染料敏化太陽(yáng)能電池中PEG基體聚合物電解質(zhì)和低鉑負(fù)載量對(duì)電極研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)，具有低成本、易制備和高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前光電轉(zhuǎn)換材料和納米技術(shù)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一。染料敏化太陽(yáng)能電池的研究不僅對(duì)探索制備廉價(jià)太陽(yáng)能電池的途徑有實(shí)際意義，其研究對(duì)半導(dǎo)體光電子學(xué)、納米多孔材料、有機(jī)電解質(zhì)、材料界面理論及光電化學(xué)等方面均具有重要的科學(xué)意義。本論文較為詳細(xì)地綜述了染料敏化太陽(yáng)能電池的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，針對(duì)DSSC中電解質(zhì)和對(duì)電極研究開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題，開(kāi)展了PEG基體聚合物電解質(zhì)和低鉑

2、對(duì)電極的研究。通過(guò)對(duì)制備不同聚合物電解質(zhì)基體的研究，探討聚合物電解質(zhì)離子導(dǎo)電的一般規(guī)律，考察聚合物電解質(zhì)中不同的組成成分對(duì)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率以及聚合物準(zhǔn)固態(tài)DSSC光電性能的影響，以期提高聚合物染料敏化太陽(yáng)能電池的使用壽命和光電性能；制備了低鉑含量的鉑對(duì)電極和鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極，研究其對(duì)DSSC光電性能的影響，以期獲得高活性、制備成本更為低廉的對(duì)電極。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.采用共混的方法制備了PEG/PVP聚合物電解質(zhì)，對(duì)其組成

3、進(jìn)行了優(yōu)化；通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)碘鹽篩選，在該電解質(zhì)體系中采用KI具有較高的離子導(dǎo)電性能；考察了KI濃度與聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率的變化關(guān)系，用離子對(duì)模型對(duì)這一變化規(guī)律進(jìn)行了解釋；對(duì)聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率-溫度特性關(guān)系分析，電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增加，其σ-T曲線符合Arrhenius方程；表征了碘及碘化鉀在共混聚合物基體中的溶解特性，并用聚合物電解質(zhì)組裝了DSSC，測(cè)定了光電性能，討論了PVP對(duì)其光電性能影響，在優(yōu)化的條件下，獲得了4.01％的光

4、電轉(zhuǎn)換效率；考察了共混聚合物電解質(zhì)DSSC長(zhǎng)期穩(wěn)定性，表現(xiàn)出了優(yōu)于液體電解質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在兩個(gè)月的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，總光電轉(zhuǎn)換效率的變化在±5％以內(nèi)。 2.通過(guò)縮合反應(yīng)制備了PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物電解質(zhì)。用FTIR和DSC對(duì)交聯(lián)聚合物進(jìn)行了表征，分析了以PEG與TEOS的交聯(lián)反應(yīng)，將液態(tài)的PEG-1000凝膠化。優(yōu)化了I-/I3-氧化還原電對(duì)在PEG-TEOS交聯(lián)凝膠聚合物基體中的濃度，獲得了該電解質(zhì)體系中離子電導(dǎo)率最大值為

5、3.12毫西門(mén)子/厘米；采用拉曼光譜表征，證實(shí)了在聚合物電解質(zhì)中I3-和I2n+3-(n=1，2，3，…)的形成以及單質(zhì)碘的溶解；在最優(yōu)化電解質(zhì)的條件下(交聯(lián)聚合物電解質(zhì)中含有KI 0.60摩爾/升和I2 0.06摩爾/升)，該染料敏化太陽(yáng)能電池在100毫瓦/平方厘米的光強(qiáng)下獲得了4.97％的光電轉(zhuǎn)換效率，也表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性。 3.采用鉑納米粒子電沉積法制備了用于染料敏化太陽(yáng)能電池的低鉑含量的對(duì)電極，表征了鉑納米粒子的還原生

6、成及其形貌；考察了該制備方法電沉積時(shí)間與其組裝的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)FTO導(dǎo)電玻璃在鉑納米水溶膠中電沉積時(shí)間達(dá)到20分鐘時(shí)，可以獲得較好的光電效果并且對(duì)電極鉑的含量相對(duì)較少。并與電化學(xué)電鍍法、熱分解法制備的鉑對(duì)電極進(jìn)行了比較，以鉑納米粒子電沉積法制備對(duì)電極的DSSC獲得的光電性能與電化學(xué)電鍍法制備的對(duì)電極相當(dāng)，并高于熱分解法制備的對(duì)電極。 4.用NaBH4還原法將鉑負(fù)載于碳黑之中，制備了用于DSSC的鉑/碳黑復(fù)合

7、對(duì)電極，表征了鉑納米粒子在碳黑上的負(fù)載及其形貌；并用循環(huán)伏安法比較了電化學(xué)電鍍法制備的鉑電極、碳黑電極及鉑/碳黑復(fù)合電極在I-/I3-體系中的的催化活性；考察了鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極中鉑的負(fù)載量對(duì)DSSC光電性能的影響；通過(guò)光電性能的比較，發(fā)現(xiàn)采用鉑/碳黑復(fù)合對(duì)電極的DSSC具有不低于采用鉑金對(duì)電極的DSSC相當(dāng)?shù)墓怆娦阅?，它們的光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.72％和6.63％。 通過(guò)上述研究，以期對(duì)DSSC中電解質(zhì)和對(duì)電極的進(jìn)一步研究提供