[Bmim]I离子液体电解质在DSC中的应用研究

论文摘要

染料敏化纳米晶太阳能电池（DSC）由于其具有低成本、易制备和较高的光电转换效率等优点而成为太阳能电池研究的一个热点。DSC的研究不仅对探索制备廉价太阳能电池的途径有实际意义,其研究结果在半导体光电子学、纳米多孔材料、有机电解质、材料界面理论及光电化学等方面均具有重要的科学意义。本文从提高DSC稳定性及光电性能出发,采用不易挥发且性能稳定的1-丁基-3-甲基咪唑碘离子液体来制备离子液体及凝胶电解质,利用聚乙烯咪唑制备固体电解质,并研究这三种电解质所组装的DSC的光电性能及稳定性。（1）合成了1-丁基-3-甲基咪唑碘（[Bmim]I）新型离子液体有机碘盐,并制备并组装了含有[Bmim]I的离子液体电解质DSC,系统研究了[Bmim]I、碘化钾和碘的浓度对DSC电池性能的影响。经过优化后,当CIL=0.9 mol·L-1、CKI=0.5 mol·L-1、CI 2 =0.12 mol·L-1时,所制备的离子液体DSC在AM1.5光强下,电池的光电转换效率可达6.34%。（2）以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为胶凝剂,制备并组装了含有[Bmim]I的PVP基凝胶电解质DSC,系统研究了[Bmim]I、碘化钾、碘对凝胶电解质DSC电池性能的影响。经过优化后,所制备的凝胶电解质在30℃时得到最大的电导率为2.3 mS·cm-1,所制备的凝胶电解质DSC在AM1.5光强下,电池的光电转换效率可达5.41%。凝胶电解质的σ-T曲线符合Arrhenius方程,并求得聚合物凝胶电解质体系的活化能（Ea）。（3）合成聚乙烯咪唑（PVI）,用碘代正丁烷对PVI进行季铵化反应,并对其进行I2掺杂。以PVI作为基体制备了高性能PVI基固体电解质,组装了全固态DSC。结果表明,通过I2掺杂可以大幅度提高固体电解质的电导率。经过优化,在I–与I2的摩尔比为10:1时,固体电解质电导率达到最大值,为9.09×10-5S·cm-1,以此所组装的PVI基固体电解质DSC在AM1.5光强下电池的光电转换效率可达2.46%,并初步探讨其离子传输机理。（4）比较了液体电解质、凝胶电解质以及PVI基固体电解质DSC的稳定性。结果表明,经过55天后,PVI基固体电解质DSC的光电转换效率只衰减了约7%,与液体电解质、凝胶电解质DSC相比,PVI基固体电解质DSC表现出了更好的稳定性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理
• 1.2.1 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构
• 1.2.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理
• 1.3 阳极材料的研究进展
• 1.4 染料的研究进展
• 1.4.1 钌吡啶配合物染料
• 1.4.2 纯有机染料
• 1.4.3 天然染料
• 1.5 DSC 中电解质的研究进展
• 1.5.1 液体电解质的研究进展
• 1.5.2 凝胶电解质的研究进展
• 1.5.3 全固态电解质的研究进展
• 1.6 本论文的研究目的及研究内容
• 第二章 离子液体基DSC 的制备与性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 离子液体基DSC 的制备
• 2 电极的制备'>2.2.1 染料敏化多孔纳米TiO₂电极的制备
• 2.2.2 离子液体电解质的制备及其DSC 的组装
• 2.3 离子液体基DSC 性能测试
• 2.3.1 离子液体基电解质的性能指标
• 2.3.2 离子液体基电解质电导率的测试
• 2.3.3 离子液体基DSC 性能指标
• 2.3.4 离子液体基DSC 性能测试装置
• 2.4 影响离子液体基DSC 性能的因素
• 2.4.1 离子液体电解质性能对凝胶DSC 性能的影响
• 2.4.2 测试条件对离子液体基DSC 性能的影响
• 第三章 离子液体电解质的制备及其对DSC 性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验主要药品和仪器
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 1-丁基-3-甲基咪唑碘的合成
• 3.3.2 1-丁基-3-甲基咪唑碘离子液体电解质的制备
• 3.3.3 离子液体基DSC 的组装
• 3.3.4 DSC 性能测试
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 1-丁基-3-甲基咪唑碘的表征
• 3.4.2 离子液体液体电解质的性能及其对DSC 性能的影响
• 3.5 小结
• 第四章 PVP 基凝胶电解质的制备及其对DSC 性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验主要药品和仪器
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 1-丁基-3-甲基咪唑碘的合成
• 4.3.2 1-丁基-3-甲基咪唑碘离子液体基凝胶电解质的制备
• 4.3.3 PVP 基离子液体凝胶电解质DSC 的组装
• 4.3.4 性能测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 PVP 基离子液体凝胶电解质的性能及其对DSC 性能的影响
• 4.4.2 含离子液体的液体和凝胶电解质DSC 稳定性的比较
• 4.5 小结
• 第五章 聚乙烯咪唑基固体电解质的制备及其DSC 性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 原理
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 实验主要药品和仪器
• 5.3.2 聚乙烯咪唑固体电解质的制备及组装
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 电解质的红外光谱解析
• 2 掺杂量对PVI 基固体电解质电导率的影响'>5.4.2 I₂ 掺杂量对PVI 基固体电解质电导率的影响
• 5.4.3 PVI 基固体电解质DSC 的光电性能
• 5.4.4 液体、凝胶以及PVI 基固体电解质DSC 稳定性的比较
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 研究展望
• 参考文献
• 附录：硕士研究生在读期间发表的论文
• 致谢