染料敏化太阳能电池凝胶电解质的研究

发布时间：2017-11-02 02:16

  本文关键词：染料敏化太阳能电池凝胶电解质的研究

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【摘要】：本文制备了应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的准固态聚合物凝胶电解质,探究其组成与制备工艺,研究此电解质对太阳能电池的光电转化性能和长期稳定性能的影响,并将其与液态电解质相对比,研究了凝胶电解质对于TiO2光阳极结构的适用性。主要实验内容包括:1.本文选择以PVDF-HFP(偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物)作为高聚物凝胶剂,研究了电解质性能以及它对太阳能电池性能的影响。为了制备出效果最优的凝胶电解质,本文探索了聚合物凝胶电解质(GPE)的溶剂和增塑剂、填充剂、复合聚合物的最优添加量以及GPE的制备工艺。太阳能电池效果最佳的凝胶电解质制备方法如下:在加热条件下溶解质量分数为5%的高聚物PVDF-HFP,再加入15%碳酸丙烯酯作为增塑剂和2%的P25纳米颗粒作为填充剂提高离子电导率,得到的凝胶电解质在加热条件下为液态,冷却后为凝胶态,其离子电导率为9.43×10-3 S/cm,离子扩散系数为3.43×10-6 cm2/S。2.本文通过不同的造孔剂制备了多孔光阳极,造孔剂包括长链表面活性剂(十六胺、十八胺和P123)和聚苯乙烯(PS)微球。PS微球使用乙醇相无皂乳液聚合法合成。将凝胶电解质与标准电解液对比应用于使用不同光阳极的染料敏化太阳能电池中并测试电池的性能,结果表明凝胶电解质电池的短路电流比液态电解质电池的有所提高,效率最高提高12%,达到6.73%,通过比较了两种电解质对于光阳极的适用匹配性证明凝胶电解质更适用于孔洞较多的光阳极。同时还研究了两种电解质对封装太阳能电池稳定性的影响,使用凝胶电解质的封装电池长期稳定性可达到600 h。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 凝胶电解质 PVDF-HFP TiO_2光阳极造孔剂
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 文献综述8-26
• 引言8
• 1.1 太阳能电池的研究进展8-10
• 1.1.1 硅基太阳能电池8-9
• 1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池9
• 1.1.3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池9-10
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池（DSSC）10
• 1.1.5 钙钛矿太阳能电池10
• 1.2 染料敏化太阳能电池研究进展10-17
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的发展历程10-13
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的结构、工作原理和相关性能参数13-17
• 1.3 染料敏化太阳能电池的电解质研究进展17-24
• 1.3.1 液态电解质18-19
• 1.3.2 固态电解质19-20
• 1.3.3 准固态电解质20-24
• 1.4 本课题研究的意义与内容24-26
• 第二章 凝胶电解质电池的制备、电化学测试和性能表征26-43
• 引言26
• 2.1 实验部分26-31
• 2.1.1 主要原料、试剂和实验仪器26-28
• 2.1.2 光阳极的制备28-29
• 2.1.3 光阳极的敏化29
• 2.1.4 凝胶电解质的制备29-31
• 2.1.5 染料敏化太阳能电池的组装31
• 2.2 太阳能电池的测试与表征31-32
• 2.2.1 凝胶电解质测试与表征31-32
• 2.2.2 太阳能电池的性能测试32
• 2.3 结果与讨论32-42
• 2.3.1 PVDF-HFP基凝胶电解质的状态和形貌32-35
• 2.3.2 增塑剂的影响35-37
• 2.3.3 填充物的影响37-41
• 2.3.4 复合聚合物P123的影响41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 凝胶电解质运用于多孔光阳极的研究43-66
• 引言43
• 3.1 实验部分43-48
• 3.1.1 主要原料、试剂和实验仪器43-45
• 3.1.2 多孔光阳极的制备45-46
• 3.1.3 光阳极的敏化46-47
• 3.1.4 凝胶电解质的制备47
• 3.1.5 染料敏化太阳能电池的组装47-48
• 3.2 太阳能电池的测试与表征48-49
• 3.2.1 多孔光阳极的表征48-49
• 3.2.2 太阳能电池的性能测试49
• 3.3 结果与讨论49-65
• 3.3.1 以表面活性剂为造孔剂对凝胶电解质电池的影响49-57
• 3.3.2 以聚苯乙烯微球为造孔剂对凝胶电解质的影响57-63
• 3.3.3 凝胶电解质和液态电解质对封装电池稳定性的影响63-65
• 3.4 本章小结65-66
• 第四章 结论与展望66-68
• 4.1 论文结论66
• 4.2 未来展望66-68
• 参考文献68-75
• 发表论文和参加科研情况说明75-76
• 致谢76-77

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本文编号：1129550