介觀太陽能電池中聚合物電解質(zhì)和鈣鈦礦材料改性研究.pdf

1、介觀太陽能電池（mesoscopic solar cell，MSC）是一種基于介觀尺度的無機(jī)或有機(jī)半導(dǎo)體材料及三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型太陽能電池，由于它所擁有的納米多孔結(jié)構(gòu)，使得其具有很大的比表面積，從而更有利于光子捕獲及電荷分離。
　　染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cell，DSSC）是一類典型的介觀太陽能電池。由于具有制備工藝簡單，原材料價(jià)格低廉，并能制成彩色透明器件等特點(diǎn)，DSSC被認(rèn)為是新一代

2、最具前景的太陽能電池技術(shù)之一。經(jīng)過二十多年的研究，基于液態(tài)電解質(zhì)的DSSC的最高認(rèn)證效率已達(dá)到11.9％。然而傳統(tǒng)DSSC的液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、穩(wěn)定性差，而且使用的貴金屬鉑電極成本高，這些問題限制了 DSSC的商業(yè)化進(jìn)程。相比傳統(tǒng)DSSC，基于碳材料作為對(duì)電極的單基板全固態(tài)DSSC是一種更具有發(fā)展?jié)摿Φ慕橛^太陽能電池，其特點(diǎn)是在一塊導(dǎo)電基板上利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)分別制備光陽極、間隔層和對(duì)電極，之后敏化染料填充電解質(zhì)。單基板 DSSC器件制備工

3、藝簡單，采用的碳電極廉價(jià)易得，填充的準(zhǔn)固態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)避免了電解質(zhì)的泄漏等問題。
　　基于單基板全固態(tài) DSSC結(jié)構(gòu)，本論文對(duì)電解質(zhì)進(jìn)行了一系列修飾改性，不但提升了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，而且改善了電解質(zhì)與電極之間的界面電荷傳輸，最終獲得太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提升。與此同時(shí)，通過將新型鈣鈦礦材料引入上述單基板結(jié)構(gòu)的介觀太陽能電池中，電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到大幅提高。
　　具體研究內(nèi)容包括：
　　針對(duì)基于聚環(huán)氧乙烷/聚偏氟乙

4、烯（PEO/PVDF）聚合物電解質(zhì)的單基板全固態(tài)DSSC，通過研究光陽極TiO2膜厚、間隔層ZrO2膜反射率、碳對(duì)電極的催化活性以及PEO的分子量等優(yōu)化了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率等及器件光伏性能，成功將器件的效率提升到2.82%。隨后，研究了基于聚合物電解質(zhì)的單基板DSSC的光伏性能的重復(fù)性，結(jié)果表明利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的器件，10片電池的光電轉(zhuǎn)換效率偏差低于6%。
　　合成了一種新型烷基咪唑碘修飾的納米SiO2（SiO2-ImI）材料

5、，通過與PEO/PVDF聚合物電解質(zhì)物理共混制備了一種新型納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)，并成功應(yīng)用于單基板全固態(tài) DSSC中。紅外吸收光譜、掃描電子顯微鏡、差示掃描量熱分析、電導(dǎo)率測試等分析結(jié)果表明，相比未改性聚合物電解質(zhì)，新型改性納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的形貌更均勻、結(jié)晶度更低、離子電導(dǎo)率更高。將 SiO2-ImI復(fù)合電解質(zhì)組裝成單基板全固態(tài)DSSC，獲得了3.83%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　利用化學(xué)氧化還原法合成了納米石墨烯材料，通過與PEO

6、/PVDF聚合物電解質(zhì)共混制備了一種新型石墨烯復(fù)合聚合物電解質(zhì)。將石墨烯復(fù)合的聚合物電解質(zhì)應(yīng)用到單基板全固態(tài) DSSC中，電池的開路電壓大幅提高。通過應(yīng)用石墨烯修飾的全碳電極，電池的填充因子得到明顯提升，優(yōu)化后的單基板全固態(tài)DSSC效率達(dá)到3.98%。
　　引入了兩種有機(jī)硫氧化還原對(duì)，并測試分析了其光譜吸收和電化學(xué)性能。以電聚合PEDOT為對(duì)電極，利用基于有機(jī)硫電對(duì)的聚合物凝膠電解質(zhì)組裝了一種透明的準(zhǔn)固態(tài)DSSC器件。通過對(duì)聚合物