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作为染料敏化太阳能电池的一个重要组成部分,电解质对电池的光电性能以及稳定性有着很大的影响。本论文设计合成了两类凝胶剂—含官能团的离子液体基聚合物和官能团改性纳米粒子来使具有不挥发、高电导率等优点的离子液体介质凝胶化,从而获得新型复合凝胶电解质,并对所形成的复合电解质以及用其组装成的染料敏化太阳能电池的性能进行了系统研究:
1、设计合成了碘化(3-(4-乙烯基吡啶)丙磺酸)丙烯腈的共聚物(P-HI),加入到1-甲基-3-烯丙基咪唑碘和1-甲基-3-己基咪唑碘的二元离子液体电解质中,制备了聚合物/离子液体复合体系凝胶电解质。研究了聚合物P-HI的含量对染料敏化太阳能电池性能的影响,发现聚合物浓度为20wt%以上时,电解质基本没有流动性,最高可获得6.95%的光电转换效率。
2、在乙烯基吡啶丙烯腈共聚物中引入不同的离子液体官能团,研究了官能团的变化对凝胶电解质性能的影响。发现对于官能团为磺酸基的P-HI,电池短路光电流随着电解质中P-HI含量的增加而增加,电池的性能也得到较大的改善。加入官能团为磺酸锂或者烷基链的离子液体基聚合物后,电池的性能出现下降。比较了这三类电解质的AFM微观形貌,发现电解质中离子扩散的差异,是引起电池性能差别的主要原因。
3、用硅烷偶联技术制备了羧基官能团表面改性的SiO2纳米粒子,并以其作为凝胶剂制备了基于离子液体的“soggy sand”电解质。羧基改性SiO2纳米粒子的加入能够提供有序的离子传输通道,有利于离子的扩散,提高了电池的短路光电流,电池的效率最高到达了7.1%,并表现出良好的稳定性。
4、通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷和SiO2的反应合成了氨基官能团改性的SiO2纳米粒子,通过研磨分散到离子液体中制备了具有触变性凝胶电解质。SEM照片表明由于电解质具有触变性,电解质和电极具有良好界面接触性。SiO2纳米粒了表面氨基官能团的存在,使电池表现出较高的光电压和较高的光电性能,此纳米粒子的含量为15wt%时,光电转换效率达到6.69%,并表现出良好稳定性。