基于水溶液电解质染料敏化太阳能电池的研制

作     者：张海港 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：严锋

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：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 

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（0.2wt%）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100mW cm2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（0.08M I2,0.2M NaI and7wt%agarose），其电池在100mWcm2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获得4.22%（100mW cm2光强下）的光电转化效率。