目前,在染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)中最常應(yīng)用的電解質(zhì)是液態(tài)電解質(zhì),但由于其具有易揮發(fā)、難封裝等缺點(diǎn),降低了電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,限制了DSSC的商業(yè)化進(jìn)程。為了提高DSSC的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及光電轉(zhuǎn)換效率,本文以聚丙烯酸-十六烷基三甲基溴化銨[poly(acrylic acid)-cetyltrimethylammonium bromide, PAA-CTAB]以及聚丙烯酸-聚乙二醇[polyacrylate/poly(ethylene glycoi), PAA-PEG]為基體,負(fù)載I-/I3-氧化還原電對(duì),制備性能優(yōu)異的準(zhǔn)固態(tài)導(dǎo)電凝膠電解質(zhì),并詳細(xì)介紹了其制備過程、反應(yīng)機(jī)理、性能表征等內(nèi)容。為了解決液態(tài)電解質(zhì)的易泄露、易揮發(fā)等問題,從而提高DSSC的長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及整個(gè)電池器件的光伏性能,本文將導(dǎo)電聚合物聚苯胺(polyaniline, PANi)或聚吡咯(polypyrrole, PPy)引入PAA-CTAB基體中制備導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)PAA-CTAB/PANi、PAA-CTAB/PPy、PAA-CTAB.研究結(jié)果表明PANi、PPy在PAA-CTAB的基體中形成了相互連接的導(dǎo)電通道,有利于縮短I3-離子的傳輸距離,增加I3-離子與電子發(fā)生還原反應(yīng)的面積,從而提高I3-離子與電子還原反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)測(cè)得室溫條件下導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)PAA-CTAB/PAN1、PAA-CTAB/PPy、 PAA-CTAB的離子電導(dǎo)率分別為：8.55、7.93、6.38 mS cm-,由PAA-CTAB、 PAA-CTAB/PANi、PAA-CTAB/PPy組裝的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.07%、7.11%、6.39%,這說明PANi、PPy能明顯提高電池的光伏性能。本文將導(dǎo)電聚合物引入準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)基體中,為電解質(zhì)的研究提供了新途徑,將其應(yīng)用到準(zhǔn)固態(tài)DSSC中以期能制備出高性能的DSSC。納米碳材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、分子粒徑小有利于擴(kuò)散進(jìn)入PAA-CTAB的微孔結(jié)構(gòu)中、材料來源廣等優(yōu)勢(shì)。本文采用自由基聚合制備PAA-CTAB基體,將冷凍干燥后的基體分別浸泡在石墨烯(graphene, G)、氧化石墨烯(graphene oxide,GO)、石墨粉(nanographite, NG)的飽和液態(tài)電解質(zhì)溶液中,同時(shí)將冷凍干燥后的基體浸泡在不含納米碳材料的液體電解質(zhì)中作為參比,液體電解質(zhì)在滲透壓作用與毛細(xì)管作用下擴(kuò)散進(jìn)入PAA-CTAB基體中,吸附平衡后得到導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)。室溫條件下與PAA-CTAB的相比PAA-CTAB/G、PAA-CTAB/GO、PAA-CTAB/NG的離子電導(dǎo)率都有明顯的提高,分別為：10.56、9.91、7.33 mS cm-1,這表明G、 GO、NG有效的提高了電解質(zhì)的電學(xué)性能;同時(shí)與PAA-CTAB組裝的DSSC的6.07%的光電轉(zhuǎn)換效率相比,由PAA-CTAB/G、PAA-CTAB/GO、PAA-CTAB/NG制備的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率分別為7.06%、6.35%、6.17%。這表明G、GO、 NG能顯著提高電解質(zhì)電化學(xué)性能。由上述兩步實(shí)驗(yàn)可以看出,納米石墨烯具有大幅改善電解質(zhì)電化學(xué)性能的潛力,因此為了制備性能優(yōu)異的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),本文將石墨烯摻雜到PAA-PEG基體中形成PAA-PEG/G導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)。為了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,控制石墨烯的含量分別為：0%～5%(m石墨燒/m單體),其他實(shí)驗(yàn)條件一致,結(jié)果表明石墨烯含量為3%的導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)的性能優(yōu)異,并測(cè)得電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.41%。通過將石墨烯含量分別為0%～5%的多孔PAA-PEG/G浸泡在含有石墨烯的液態(tài)電解質(zhì)中,來提高導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)中石墨烯的含量,提升電解質(zhì)的電化學(xué)性能,實(shí)驗(yàn)測(cè)得石墨烯含量為3%的電解質(zhì)得到了8.30%的光電轉(zhuǎn)換效率。本文采用自由基聚合制備了PAA-CTAB、PAA-PEG基準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì),探討了導(dǎo)電物質(zhì)以及納米碳材料對(duì)電解質(zhì)的電學(xué)、電化學(xué)性能的影響。并將電解質(zhì)應(yīng)用到電池中,測(cè)定電池的的光電轉(zhuǎn)換效率,為電解質(zhì)的研究開拓了新方向,推動(dòng)了DSSC的研究進(jìn)程。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TM914.4

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