电子束辐照改性染料敏化太阳电池的PAN/PEO凝胶电解质研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chensheng76
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液态电解质的染料敏化太阳电池(DSSC)效率较高,但由于电解液容易泄露、挥发,使得电池的稳定性下降,进而限制了它的应用。为了解决这个问题,科学家们开发了准固态和固态电解质的染料敏化太阳电池。其中,固态电解质电池中电解质与多孔电极之间的界面结合性较差,载流子在其中的迁移率很低。这就使得电池的光电转化效率偏低,难以达到实际应用的要求。而准固态电解质染料敏化太阳电池具有两者之间的特性,其较高的效率和较好的稳定性使得它的应用前景很可观。为了获得性能较好的准固态染料敏化太阳电池,本论文采用了工业电子加速器对聚丙烯腈/聚氧化乙烯(PAN/PEO)凝胶态电解质进行了电子束辐照,并对辐照改性的电解质组装成的染料敏化太阳电池在标准光源下进行了性能测试,比较了辐照改性前后电池的性能变化,并讨论了辐照剂量对电池性能的影响,获得了如下结果:   1.研究了PAN/PEO凝胶电解质受到辐照后交联度的变化:通过对该电解质基体凝胶分数的分析,发现该混合凝胶在受到电子辐照后进行了交联,并且交联程度随着辐照剂量的增加不断地增大。同时,该电解质交联的速率却越来越小,随着辐照剂量的增加逐渐趋于0。   2.研究了PAN/PEO凝胶电解质受到辐照后红外光谱的转变:发现PAN中由-CN伸缩振动引起的2239 cm-1处的尖峰随辐照剂量增加大幅度下降,碳氮三键被破坏,重新组成-NH、-CH、-CO-等键,引发了基体材料的分子重组。   3.研究了PAN/PEO凝胶电解质受到辐照后离子传导率的转变:发现辐照后的PAN/PEO凝胶电解质比未辐照的离子传导率要高。随辐照剂量的增加,凝胶的电导率先增大到一定程度再逐渐减少并趋于稳定。这就说明,电子辐照后能够增加该凝胶的电导率并且存在一个最佳辐照剂量,能够使得材料的电导率达到最大。分析认为,电导率的变化过程可以分为3个阶段--迅速上升阶段(0-65kGy),下降阶段(65-104kGy)和平稳阶段(104-260kGy),而这个过程主要受到凝胶捕获电子(提高电导率)及交联度逐渐提高(降低电导率)两种作用的影响。   4.研究了PAN/PEO凝胶电解质基体材料中PAN与PEO百分含量对该电解质的交联度的影响如下:PAN、PEO的质量百分含量并没有改变交联度的变化趋势,它始终是随着辐照剂量的增加而持续增加;并且PAN、PEO含量的增加均会导致相同辐照剂量的PAN/PEO凝胶电解质其凝胶分数的增加、凝胶刚性的增加、交联度的增加及凝胶剂量的减少。提高相同含量的PAN与PEO对交联度的提高差不多。   5.研究了PAN/PEO凝胶电解质基体材料中PAN与PEO百分含量对该电解质的离子传导率的影响:PAN、PEO的质量百分含量对辐照改性PAN/PEO凝胶电解质的离子传导率的影响趋势相同,可以将离子传导率随电子束辐照变化曲线分为迅速上升、下降及稳定三个区域。PAN、PEO的质量百分含量的增加都会引起辐照改性的PAN/PEO凝胶电解质的离子传导率的增加,并使得在最佳辐照剂量下的离子传导率的增加倍率提高,分析认为是由于电子俘获效应引起的。不同之处在于,PAN含量的提高对离子传导率的提高更为明显。   6.研究了辐照改性的PAN/PEO凝胶电解质组装的染料敏化太阳电池(DSSC)性能变化。结果表明,在电子束辐照剂量为13-260kGy时,以聚丙烯腈/聚氧化乙烯(PAN/PEO)基体的凝胶电解质所组装的染料敏化太阳电池电池效率比没有经过辐照的电解质组装的DSSC光电转化效率要高,并且存在一个最佳辐照剂量。辐照对改性凝胶DSSC的开路电压、填充因子的影响很小,但对改性凝胶DSSC的短路电流的影响很大。并且短路电流和电池效率相对应,随着辐照剂量的增加可分为3个阶段,快速增加阶段、缓慢下降阶段和平衡基本不变的阶段。稳定性的测量表明,辐照改性后的DSSC时间稳定性得到了改善;并且辐照剂量越高,电池效率下降的越小,对稳定性的改善越明显。
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