合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)NovemberActaPhys.-Chim.Sin.2012,28(11),2669-26752669[Article]doi:10.3866/PKU.WHXB201206191www.whxb.pku.edu.cn电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响1,*1,23131戴玉华栗晓杰方艳艳史秋飞林原杨明山(1北京石油化工学院材料科学与工程系,特种弹性体复合材料北京市重点实验室,北京102617;2北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029;3中国科学院化学研究所分子科学中心,光化学重点实验室,北京

2、100080)摘要:用甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物P(MMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质,用电化学阻抗谱(EIS)研究了聚合物凝胶电解质中聚合物基质的结构与组成对准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)光伏性能的影响.不同交联剂用量、不同HEMA用量的P(HEMA-NVP)共聚物及不同MMA用量的P(MMA-NVP)吸收液态电解质后分别形成HGelI、HGelII、MGel凝胶电解质.结果发现,随共聚物P(HEMA-NVP)中交联剂由0.1%(w,下同)增大

3、到0.6%时,形成的HGelI组装的DSSCs的光电转化效率(η)先增大后降低,交联剂用量为0.4%时,DSSCs的η为最大,为5.54%(光强100mW·cm-2).同时,比较HGelII系列和MGel系列DSSCs的光电性能参数发现,含有羟基的HGel系列的η要高于MGel系列,而后者的开路电压(Voc)值高于前者.在HGelII系列中,HEMA含量为60%(w)时,DSSCs的η最高.电化学阻抗谱分析表明共聚物中交联结构的不同影响了电池内部的界面阻抗及离子的传输,引入羟基有利于降低界面阻抗.通过调整共聚物中交联剂用量和羟基含量可改善DSSCs的光伏性能.关键词:染料敏化太

4、阳能电池;聚合物电解质;电化学阻抗谱;羟基;交联结构;光伏性能中图分类号:O646InfluenceofPolymerGelElectrolyteonthePerformanceofDye-SensitizedSolarCellsAnalyzedbyElectrochemicalImpedanceSpectroscopy1,*1,231DAIYu-HuaLIXiao-JieFANGYan-YanSHIQiu-Fei31LINYuanYANGMing-Shan(1BeijingKeyLaboratoryofSpecialElastomerCompositeMaterials,De

5、partmentofMaterialsScienceandEngineering,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,P.R.China;2CollegeofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,P.R.China;3KeyLaboratoryofPhotochemistry,CenterforMolecularSciences,InstituteofChemistry,Chi

6、neseAcademyofSciences,Beijing100080,P.R.China)Abstract:Theeffectsofgelelectrolytepolymermatrixstructureandcompositiononthephotovoltaicpropertiesofquasi-solidstatedye-sensitizedsolarcells(DSSCs)wereinvestigatedusingtwoseriesofcopolymers,poly(hydroxyethylmethacrylate-N-vinyl)pyrrolidoneP(HEMA-

7、NVP)andpoly(methylmethacrylate-N-vinylpyrrolidone)P(MMA-NVP),byelectrochemicalimpedancespectroscopy(EIS).P(HEMA-NVP)copolymerswithvariouscrosslinkingagentandN-vinylpyrrolidone(NVP)contents,aswellasP(MMA-NVP)Received:April6,2012;Revised:June18,2012;