基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池研制-应用化学专业论文.docxVIP

基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制中文摘要 基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制 中文摘要 I I II II 基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制 中文摘要 染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells, DSSCs）主要由透明导电玻璃、 纳米 TiO2 多半导体薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电极组成，具有高效率、低成 本、易制备的特点。电解质作为 DSSC 的一个重要组成部分对电池性能的影响较大。 目前经典的 DSSC 电解质主要是基于有机溶剂，如乙腈或者三甲氧基丙腈等。这些有 机溶剂电解质存在易挥发、易燃、有毒等缺陷。针对上述问题，本论文主要开展了基 于水溶液电解质的 DSSCs 研究，琼脂糖水凝胶电解质 DSSCs 研究以及具有光散射作 用的全固态有机离子液晶电解质 DSSCs 的研究。 本论文的主要研究内容和结论概括如下： （1）水最为一种廉价、清洁和环保无毒的溶剂，代替乙腈或者三甲氧基丙腈这 类有毒有机溶剂合成了纯水液体电解质。但水具有比较大的表面张力，在固液界面上 会有比较大的表面接触阻抗，因此通过向电解质添加微量（0.2 wt%）的离子型含氟 表面活性剂可以有效地改善界面接触，增加了电子传输速率，提高了 DSSC 的光电转 化性能。电池在 100 mW cm?2 光强下光电转换效率(η)达到 3.96%。这也是目前水溶液 电解质所能达到的较高电池效率之一。 （2）水溶液电解质在应用时仍然存在易挥发、易泄漏等长期不稳定的缺陷。基 于此问题我们制备了琼脂糖基的水凝胶电解质，并研究了电解质中不同凝胶含量、I2 和 I?浓度变化对电池光电转化效率的影响。同时，水作为电解质的主要成分，在低温 条件下存在易结冰的问题，会降低电解质在介孔 TiO2 内的填充和阻碍器件内部的电 荷传输，并导致器件的光电转化性能降低。通过向电解质中添加适量抗冻剂，明显降 低了电解质的冰点，电解质在?6℃仍可以不结晶，提高了器件在一定低温环境下的应 用。经过优化的电解质（0.08 M I2, 0.2 M NaI and 7 wt% agarose），其电池在 100 mW cm?2 光强下获得 1.54%的光电转化效率。 （3）合成了三种氰基联苯和咪唑基的有机离子液晶(OILCs)，并制备了全固态电 解质。该有机离子液晶材料具有优良的光散射作用，在光阳极无光散射层的情况下即 中文摘要 基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制 获得 4.22%（100 mW cm?2 光强下）的光电转化效率。 关键词：水溶液电解质，琼脂糖水凝胶，有机离子液晶，染料敏化太阳能电池 作 者：张海港 指导老师：严锋（教授） The The investigation of the dye-sensitized solar cells based on the water electrolytes Abstract I I II II The investigation of the dye-sensitized solar cells based on the water electrolytes Abstract DSSCs are composed of transparent conductive glass of FTO, photoanode, light sensitive dye, nono- TiO2 film, counter electrode and the electrolyte. DSSCs filled with the classic electrolytes such as acetonitrile (AN) and methoxypropionitrile (MPN), usually suffer from the potential problem of leakage in application. Therefore, solid state electrolytes can solve this drawback. In addition, AN and MPN are very toxic. In order to overcome the problems mentioned above, we synthesized the all solid-state electrolytes based on organic ionic liquid crystals with efficient light-scattering properties。And ionic surfactants added aqueous electrolytes and agarose elect