新型离子液体的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用

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1、上海交通大学硕士学位论文新型离子液体的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用姓名：魏超申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：杨立20090106上海交通大学硕士学位论文新型离子液体的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用摘要染料敏化太阳电池（DSC）是一种新型的化合物薄膜太阳电池，它采用纳米多孔TiO2薄膜电极替代传统的平板电极，以钌(Ⅱ)的多吡啶配合物作敏化剂，-I2/I氧化还原电对的电解质体系,以其潜在的低成本、相对简单的制作工艺和技术等优势赢得了人们的广泛重视。自从1991年Gratzel教授首次将纳米多孔的概念引入染料敏化宽禁带TiO2半导体研究中，获得了光电

2、转换效率7.1％，而到了2001年和2004年，电池效率更是首次达到10.4％和11.04％。在DSC应用研究中，已经证实电解液是影响电池光电转换效率和长期稳定性的重要因素之一。传统的有机溶剂电解液由于溶点低，易挥发，易燃烧，给电池的封装带来到了困难，而离子液体具有非常小的饱和蒸气压、不挥发、沸点较高，较好的电化学稳定性及较宽的电化学窗口等优点。以离子液体作为溶剂制备的电解液较好的克服了上述困难，成为染料敏化太阳电池未来发展的一个重要方向。为了研究和发现新型的，能应用于DSC中的黏度较低，电导率较高的电解液材料，合成了两种新型的室温离子液体：S114TFSI和cg

3、12TFSI，它们的熔点分别为：低于零下60℃与零下9.3摄氏度，分解温度分别为：278.4℃与400℃，具有较低的蒸气压。S114TFSI与cg12TFSI离子液体在室温下电导率分别为2.25ms-1-1cm与3.96mscm，粘度为54.6与42.3cP，属于低黏度离子液体的范畴。并且在测量的温度范围内其黏度能很好的符合阿伦纽斯方程与VTF方程。将S114TFSI与S221I离子液体混合组成电解液应用于染料敏化太阳电池DSC中。随着膜厚的增加，电池的短路电流与光电转换效率先增大后减小。最优的膜厚为10μm。不同体积比的S114TFSI与S221I也会影响电池的

4、性能，随着S221I体-积比的增加，I数量的增加导致电池的将导致短路电流强度Jsc与光电转换效率η的降低。但是S221I的比例不能过小，否则发生了副反应。最优的S114TFSI与S221I的体积比为1：1。S114TFSI作为电解液溶剂应用于染料敏化太阳电池DSC中。随着添加剂TBP的加入，电池的开路电压Voc与填充因子FF得到提高，2上海交通大学硕士学位论文但是对短路电流强度Jsc却带来不利的影响,所以对光电转换效率影响不大，甚至是下降。而添加剂LiI的加入对电池的短路电流，开路电压都能带来显著提高。随着光照强度的增加，电池的转化效率逐渐减小。cg12TFSI与

5、LiI、I2、TBP混合组成的电解液应用于染料敏化太阳电池DSC中。不同的TiO2膜厚对电池的性能带来影响，随着膜厚的增加，电池的短路电流Jsc与光电转换效率η先增大后减小。最优的TiO2光电极的膜厚为10μm。不-同浓度的LiI也会影响电池的性能，I浓度的增大导致短路电流强度Jsc与光电转-换效率η逐渐增大，但I浓度的过分增大将导致短路电流强度Jsc与光电转换效率η的降低。LiI的最优浓度控制在0.7M。关键词：染料敏化太阳电池，纳米薄膜电极，离子液体，转化效率3上海交通大学硕士学位论文THESYNTHESISOFNEWIONICLIQUIDSANDAPPLIC

6、ATIONINTHEDYESENSITIZEDSOLARCELLSABSTRACTDyesensitizedsolarcellsisanewkindofcompoundfilmsolarcells,inwhichtheTiO2nano-crystallinehasbeenusedtosubstitutetheconventionalflatelectrode,thepolypyridylcomplexesofruthenium(Ⅱ)areappliedasthesensitizer,andthe-redoxI2/Iareemployedintheelectroly

7、te.Duringresentyears,theDSChasattractedattentionofmanyresearchersbyitslowcost,simpleprocessofpreparation.Since1991,professorGratzelhadintroducedtheconceptofnano-porousintotheresearchofdyesensitizedTiO2semiconductorelectrode,theefficiencyofdyesensitizedsolarcellshasobtained7.1%,andeven

8、achie