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染料敏化太阳能电池(DSSC)是一类具有低成本、能量转化效率高等特点的光伏器件,但是受到染料敏化太阳能电池所用的液态电解质封装难、电解质易挥发及稳定性差等因素的影响,使得电池性能及大规模应用受到较大的影响和限制。通过聚合物将液态电解质固化是解决这些问题的有效手段之一,但是由于聚合物电解质的离子电导率相对液态电解质较低,与半导体薄膜光阳极的浸润性差等缺点极大影响了染料敏化太阳能电池的性能,因而需要通过一系列的改性手段来优化聚合物电解质的性能,以期得到光电转化效率高、稳定性好及适宜户外大规模应用的染料敏化太阳能电池。
本论文探索了一种新型准固态琼脂糖基聚合物电解质,考察了一系列改性手段对其电化学性能及相应染料敏化太阳能电池的光电性能的影响,主要研究了(1)在较大碘化锂(LiI)浓度范围(LiI:0~85wt%)内,研究了LiI浓度对琼脂糖基聚合物电解质的电荷传输行为的影响及电导机理;(2)引入磁性Fe3O4纳米颗粒对琼脂糖基聚合物电解质进行改性,研究了磁性Fe3O4纳米颗粒的改性浓度对琼脂糖基聚合物电解质的电化学性能及相应染料敏化太阳能电池光电性能的影响;(3)引入Fe3O4、NiO和Co3O4三种不同的磁性纳米颗粒对琼脂糖基聚合物电解质进行改性,比较了三种磁性纳米颗粒对琼脂糖基聚合物电解质的电化学性能及相应染料敏化太阳能电池光电性能的改性效果。
通过研究,得到结论如下:(1) LiI浓度对琼脂糖基聚合物的电荷传输行为的影响由两种电导机理构成。在低LiI浓度区间(0~25wt%),电解质中的离子传输由“聚合物溶盐”机理控制;而在高LiI浓度区间(25~85wt%),电解质中的离子传输由“盐溶聚合物”电导机理控制。在LiI浓度为20wt%时,获得的最佳离子电导率,为3.98×10-3 S cm-1;(2) Fe3O4的掺杂浓度导致琼脂糖的链段活性发生较大改变,在Fe3O4浓度为2.5wt%具有最高的离子电导率(3.40×10-3 Scm-1)和最高的开路电压(0.64V),相应染料敏化太阳能电池在浓度为2.5wt%时具有较高的光电转换效率(0.61%);(3)用Co3O4磁性纳米颗粒改性的琼脂糖基聚合物电解质具有最高的离子电导率(4.37×10-3 S cm-1),相应的染料敏化太阳能电池具有最高的开路电压(0.57V)及最佳的光电转换效率(1.22%)。