染料敏化太阳能电池插层水滑石复合电解质的研究

作     者：朱家昆 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宁

授予年度：2014年

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

主      题：染料敏化太阳能电池 插层水滑石 复合凝胶电解质 光电性能 

摘      要：染料敏化太阳能电池(DSSC)以其生产成本低、制备工艺简单、环保无污染以及理论转化效率高等优点受到人们的广泛关注。经过十几年的探索和研究,己经取得很大的突破,离实用化的距离也越来越近。然而,液态电解质电池仍然有许多需要改进的地方,比如电池的工作稳定性差,封装困难等问题。传统的液态电解质DSSC技术成熟,光电转换效率较高,但同时存在着易挥发、易泄露、难封装等缺点。面对液态电解质电池存在的这些问题,本文提出了一种二维插层水滑石凝胶复合电解质,利用水滑石(LDH)的特殊层状结构,形成碘离子运动的快速通道,通过层间纳米通道的量子限域效应,显著地提高凝胶电解质的电化学性能和DSSC的光电性能。首先,本文采用液相沉积法制备了LDH,并对其进行了XRD和SEM测试。然后分别配制了含水滑石质量分数为0wt%、3wt%、5wt、7wt%的准固态复合电解质,并对其做了电化学交流阻抗和离子扩散系数的测试。最后,将其组装成电池,并测试了它们的光电性能。实验结果显示,含有5wt%水滑石的复合凝胶电解质组装的DSSC,其光电性能最好。在标准光强下,测得其光电转换效率达到了2.05%,比不加入水滑石时提高了2倍。其次,本文还研究了水滑石一系列的插层化合物,通过改变水滑石的层间距离,来研究其复合电解质的电化学性能和对应电池的光电性能。为此,我们采用离子交换的方法合成了硬脂酸柱撑水滑石(LDH-St)和十二烷基硫酸柱撑水滑石(LDH-DS),并对其做了XRD测试,其层间距离由原来的0.78nm,分别扩充到了2.54nm和3.69nm。然后我们分别配制了含LDH-0wt%、LDH-5wt%、LDH-DS-5wt%、LDH-St-5wt%的准固态复合电解质,并测试了其电化学性能和电池的光电性能。结果表明,层间距离最大的LDH-St组装的电池光电性能最好,其转化效率达到了3.44%。DSSC光电性能提高的原因也被详细分析。