染料敏化太阳能电池含PVDF基准固态电解质的稳定性研究

摘要

染料敏化太阳能电池(DSSC)自问世以来,以其独特的优势,引起人们研究的极大兴趣。经过多年的研究,目前电池的转换效率已十分可观。电解质是染料敏化电池中不可或缺的一部分,长期以来液态电解质因其组装的DSSC有着较高的光电转换效率受到人们的青睐。但液态电解质易挥发、易泄露、稳定性差等缺陷使电池性能难以稳定保持,阻碍了电池的商业化投产。采用准固态电解质来替代液态电解质以满足电池的稳定性要求已经成为目前的研究趋势。本文通过共混加热的方法制备两种不同溶剂的PVDF基准固态电解质,研究了电解质的电化学性能及组装电池的光电性能及稳定性。
　　以传统的乙腈/乙二醇作溶剂,LiI、I2为溶质,聚合物PVDF为凝胶剂制备了不同LiI浓度、不同PVDF含量的准固态电解质。实验发现,当LiI浓度为0.5M，I2为0.05M时,准固态电解质的电导率达到最大值。PVDF含量越大,聚合物电解质的离子迁移越困难,电导率越小,组装的电池短路电流越低,电池的转换效率越差。但是PVDF对电池的开路电压影响不大。在电池稳定性研究中发现,由准固态电解质组装的电池性能衰减主要是由短路电流减小及填充因子的降低引起的,其转换效率减小的速率随PVDF增加而降低。当PVDF含量达到30％时,电解质过饱和,稳定性又降低。
　　利用DMF溶解能力强、不易挥发等优点,创新性地以DMF作溶剂,LiI、I2为溶质,聚合物PVDF为凝胶剂制备了凝胶剂PVDF含量为4%、8%、16%的凝胶电解质。为得到DMF中最佳LiI、I2浓度,对各成分进行了优化处理。确定了LiI与I2的最佳浓度与乙腈/乙二醇体系中相同。凝胶剂PVDF对电池的短路电流影响不大,会使电池的开路电压及填充因子增加从而提高电池的光电转换效率。当PVDF含量为16%时,得到电池的填充因子为0.746,光电转换效率为4.68%。同时,PVDF也会抑制电解质的挥发及染料的解吸附,使电池的稳定性提高。

目录

染料敏化太阳能电池含PVDF基准固态电解质的稳定性研究

A Study On Stability Of Dye-Sensitized Solar Cell Containing Quasi-Solid State Electrolyte With Gel PVDF

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 太阳能电池的发展状况

1.2 太阳能电池的原理及分类

1.3 染料敏化太阳能电池的结构及原理

1.4 染料敏化太阳能电池的技术指标

1.5 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展

1.6 染料敏化电池的优势与挑战

1.7 本文研究的目的及内容

第2章 准固态电解质制备及DSSC的组装

2.1 实验材料及药品

2.2 实验仪器

2.3 实验部分

第3章 乙腈/乙二醇体系准固态电解质的研究

3.1 交流阻抗法测试电导率

3.2 PVDF浓度对聚合物电解质电导率的影响

3.3 LiI浓度对准固态电解质电导率的影响

3.4 温度对聚合物电解质电导率的影响

3.5 乙腈/乙二醇体系PVDF对DSSC光电性能及稳定性影响

3.6 本章小结

第4章 DMF溶剂体系凝胶电解质的性能研究

4.1 LiI与I2的最佳浓度确定

4.2 PVDF浓度对凝胶电解质电导率影响

4.3 DMF体系PVDF对DSSC光电性能及稳定性影响

4.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢