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染料敏化太阳能电池准固态聚合物电解质研究

作　者: 崔艳峥
导　师: 诸跃进；张京
学　校: 宁波大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 染料敏化太阳能电池 聚合物电解质 离子电导 电子复合 离子扩散系数
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在准固态电解质中，由于以聚合物为基体的电解质在材料的选择、设计及合成上具有灵活性，制备工艺相对比较简单，组装电池具有较高的光电转换效率，因此受到人们的广泛关注和高度重视。而在众多的聚合物基体中，由于聚氧化乙烯（PEO）能溶解碱金属盐，并且与其形成的配合物具有较高的离子导电性和良好的成膜性，因此对于准固态电解质的大部分研究工作集中在对PEO或类似结构聚合物的研究上，特别是离子电导率较高的PEO/P（VDF-HFP）/SiO2基体复合聚合物电解质。本文针对聚合物电解质在电池具体应用中离子电导率低、存在界面复合及氧化还原电对扩散系数小，开展了对PEO/P（VDF-HFP）/SiO2基体复合聚合物电解质的研究。通过不同改性方法制备准固态电解质，探讨聚合物电解质的导电规律，考察添加剂对电解质离子电导率的影响，以及对电池光电性能的影响，提高DSSC的光电转换效率。本文主要内容如下：1.聚合物电解质离子电导相对于液态的低，从而影响了电池的短路电流及其效率。本文探索了不同氧化还原电对的碘锂比对电解质的电导性能，同时在此基础上添加增塑盐——双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LiTFSI），并优化其含量来提高DSSC的效率。具体研究了增塑盐含量的变化对聚合物电解质的电导，热性能以及由其组装而成的DSSC光电性能等方面的影响，实验表明，经LiTFSI改性后，电解质Tg降低，从而增加了电解质的离子电导率。2.界面复合是另一个影响聚合物电解质DSSC电池效率的关键性因素。为解决这一瓶颈，本文使用酰胺盐（乙酰胺）改性PEO/P（VDF-HFP）/SiO2电解质，EIS分析结果显示，乙酰胺的加入明显增加了电子寿命从而抑制了DSSC内部界面的电子复合；同时因乙酰胺中含有的-C=O和-NH2易与电解质中的K+和I3-络合，有利于溶解KI，从而使得电解质的电导率增加。3.聚合物电解质的离子电导率之所以低于液态电解质，在一定程度上归因于其离子扩散系数小。本文向PEO/P（VDF-HFP）/SiO2电解质中添加四乙基四氟硼酸铵（Et4NBF4）以提高电解质的离子扩散系数，促进了离子在电解质中的移动速率，从而增加了聚合物电解质的离子电导率，最终表现为染料敏化太阳能电池短路电流的增加。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 引言  11-14
2 绪论  14-21
  2.1 染料敏化太阳能电池的发展  14-15
  2.2 染料敏化太阳能电池  15-18
    2.2.1 DSSC 的电池结构  15-18
      2.2.1.1 多孔半导体薄膜  15-16
      2.2.1.2 染料  16
      2.2.1.3 电解质  16-17
      2.2.1.4 对电极  17-18
  2.3 准固态聚合物电解质  18-20
  2.4 论文的选题目的及研究内容  20-21
3 增塑盐改性准固态电解质的研究  21-36
  3.1 研究背景  21
  3.2 实验部分  21-23
    3.2.1 实验试剂  21
    3.2.2 电池的组装  21-22
    3.2.3 性能表征  22-23
  3.3 结果与分析  23-35
    3.3.1 傅里叶红外光谱分析  23-26
    3.3.2 DSC 分析  26-28
    3.3.3 离子电导率分析  28-30
    3.3.4 电池性能表征  30-31
    3.3.5 阻抗分析  31-35
  3.4 小结  35-36
4 酰胺盐改性聚合物电解质  36-48
  4.1 研究背景  36
  4.2 实验部分  36-38
    4.2.1 实验试剂  36-37
    4.2.2 电解质的制备  37
    4.2.3 电池的组装  37
    4.2.4 性能表征  37-38
  4.3 结果与讨论  38-47
    4.3.1 FT-IR 测试  39-41
    4.3.2 DSC 分析  41-43
    4.3.3 离子电导率分析  43-44
    4.3.4 电池性能分析  44-45
    4.3.5 电化学阻抗分析  45-47
  4.4 小结  47-48
5 季铵盐改性 PEO/P(VDF-HFP)准固态电解质 DSSC  48-57
  5.1 研究背景  48
  5.2 实验部分  48-50
    5.2.1 实验试剂  48
    5.2.2 电解质的制备  48-49
    5.2.3 电池的组装  49
    5.2.4 性能表征  49-50
  5.3 结果与讨论  50-56
    5.3.1 傅里叶红外光谱  50-51
    5.3.2 DSC 热分析  51-52
    5.3.3 离子电导率分析  52-53
    5.3.4 氧化还原电对扩散系数的研究  53-54
    5.3.5 电池性能的测试  54-56
  5.4 小结  56-57
6 总结与展望  57-59
参考文献  59-67
在学研究成果  67-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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