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近年来,由于染料敏化太阳电池中普遍使用的液体电解质中的有机溶剂易挥发,对电池密封技术要求较高,使电池在长期工作过程中有性能下降,使用寿命缩短的风险。而目前固态电解质的效率还远达不到应用的要求,因此介于液态电解质和固态电解质之间的准固态电解质就成为很有前景的研究方向。准固态电解质能够抑制液体电解质的挥发,这对于降低电池的密封难度和提高电池的长期稳定性是有利的,因此越来越受到人们的关注。
本论文考虑将有机小分子化合物作为凝胶剂应用于电解质材料中,并通过实验摸索发现12-羟基硬脂酸和某些卤化季铵盐类有机小分子化合物能够有效胶凝染料敏化太阳电池中的液体电解质,得到具有粘弹性和热致可逆的小分子凝胶电解质,并将其组装成染料敏化太阳电池。通过差示量热扫描法考察了小分子凝胶剂在液体电解质中的成胶能力,并通过透射电子显微镜证实了凝胶中小分子自组装网络的形成。利用超微铂电极、稳态伏安法、电化学阻抗谱及Raman光谱研究了小分子凝胶电解质的电荷传输机理。结合电化学阻抗技术详细分析了凝胶网络对TiO2纳米多孔薄膜电极/电解质界面处的暗反应以及对电池光伏性能(Jsc、Voc、FF、η)的影响。
首次向P(VDF-HFP)基高分子凝胶电解质中引入二氧化钛纳米颗粒的方法,制备了P(VDF-HFP)/TiO2纳米颗粒二元共混准固态电解质。利用超微铂电极和稳态伏安法研究了P(VDF-HFP)/TiO2纳米颗粒二元共混准固态电解质的电荷传输机理,即Grotthuss电子交换机理。解释了二氧化钛纳米颗粒的引入提高I3‘离子表观扩散系数的原因。并结合电化学阻抗技术分析了二氧化钛纳米颗粒的引入对TiO2多孔薄膜电极/电解质界面处的暗反应以及电池光伏性能的影响。
论文研究了小分子凝胶电解质和P(VDF-HFP)/TiO2纳米颗粒二元共混准固态电解质染料敏化太阳电池光老化性能和热老化性能,结果表明准固态电池的稳定性均明显高于对应的液体电池。这一结果对于提高染料敏化太阳电池长期稳定性及实用化具有重要意义。