基于金属离子液体氧化还原对染料敏化太阳能电池的研究

【摘要】染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的光电化学太阳能电池，具有来源丰富、高效、制作简单、造价低廉和寿命长等优点，打破了传统的异质结太阳能电池统治的局面。在DSSC的三个组成部分（光阳极、对电极和电解质）中，电解质发挥着重要的作用。传统的液态电解质存在一系列例如挥发和泄漏等缺点，使DSSC没有一个较好的长期稳定性。此外，常用的I-/I-3氧化还原电对对金属电极有腐蚀性，在可见光内有吸收，这些都大大降低了电池的工作效率。针对上述问题，本文开展了基于聚离子液体纳米管凝胶电解质和非碘氧化还原电对DSSC的研究，主要内容如下：（1）合成了基于钴金属离子的室温离子液体[BMI]2[Co(NCS)4]，并应用于染料敏化太阳能电池。与传统的I-/I-3（0.43VvsNHE）相比，制备的[BMI]2[Co(NCS)4]/PMII混合氧化还原电对拥有更高的氧化还原电势，基于该混合氧化还原体系的电池表现出了更高的开路电压值，因此体现出了更高的光电转换效率，在100mWcm-2光强下达到了8.1%，高于传统的基于PMII/I2氧化还原对的电池。而且，电池在120天的稳定性测试后，效率较测试初增长了10%，这是混合氧化还原电解质体系首次观测出现这种现象。（2）合成了基于乙醇胺和二乙醇胺的含Cu金属离子液体Cu{NH2CH2CH2OH}6(PF6)2（1a），Cu{NH(CH2CH2OH)2}6(PF6)2（1b）,Cu{NH2CH2CH2OH}6(BF4)2（2a），Cu{NH(CH2CH2OH)2}6(BF4)2（2b），Cu{NH2CH2CH2OH}6[(CF3SO2)2N]2（3a），Cu{NH(CH2CH2OH)2}6[(CF3SO2)2N]2（3b），并将其作为氧化还原电对应用于染料敏化太阳能电池中。当所用染料为Z907时，使用3a作为氧化还原对的电池的效率最高，在100mWcm-2光强下达到1.91%，而当所用染料为D205时，使用3b作为氧化还原对的电池的效率最高，在100mWcm-2光强下达到1.06%。（3）通过阳离子聚合的方式合成了聚(二乙烯基苯-乙烯基苄氯)(poly(DVB-co-VBC))纳米管(PDVBVBC-NT)以及咪唑阳离子表面修饰的poly(DVB-co-VBC)纳米管(Im-NTs)，并以之为凝胶剂制备了基于离子液体电解质的准固态染料敏化太阳电池。实验结果表明添加较低含量的聚合物纳米管(1wt%)即可生成离子液体凝胶，Im-PDVBVBC-NT纳米管表现出了高的传导率和扩散系数，并在100mV.cm-2和50mV.cm-2光强下分别达到4.9%和5.5%的光电转换效率。而相比传统的离子液体型电解质，新制备的凝胶型电解质拥有更高的稳定性。
【作者】王雷；
【导师】邱丽华；
【作者基本信息】苏州大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】染料敏化太阳能电池；非碘氧化还原对；金属离子液体；凝胶电解质；

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