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染料敏化太阳能电池(DSCs)是近年来广受人们关注的一种清洁低耗高效廉价的新型太阳能电池。然而这种电池目前却没有大规模工业化,电解质的发展成为影响工业化进程的关键性因素之一。由于太阳能电池需要长期放置在室外,外界环境直接对其产生影响。全固态电解质有效地克服了液态电解质和准固态电解质易挥发、难封装、稳定性差、寿命短等缺点,目前对其研究十分活跃。基于上述原因,本论文主要在以下几个方面开展工作:
1.设计合成了一种含有I3-/I-的导电聚合物类全固态电解质,即:全固态烷氧基咪唑碘基离子聚合物(AIIP)/纳米SiO2复合电解质。并且通过优化三种电解质添加剂I2、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘盐(DMPImI)、SiO2纳米颗粒的含量,确定出最优的电解质组成,即碘单质与AIIP中氧原子的比例I2/O=0.9、DMPImI/O=0.6、SiO2=1wt%时电解质的电导率最高,为0.15 mS cm-1。通过差热分析对该组成电解质的热稳定性进行了考察,从分析结果得知该电解质的熔点为128℃,说明该电解质的耐高温性能很好。用得到的最优电解质与三苯胺类有机染料TPAR14组装成电池,优化TiO2薄膜的厚度,得到8μm的最佳膜厚,然后用上述最优条件组装电池,在100和30 mW cm-2的光照强度下,该电池的光电转化效率分别达到了1.84%和2.86%。
2.以金刚烷作为基本骨架,设计合成了一种全新的三苯胺类有机空穴传输材料1,3,5,7-四(N,N-二对甲氧基苯基氨基)4,4’,4”,4"-金刚烷(Ad-OMeTPA),并对该材料进行结构表征及基本性能的研究。通过紫外吸收光谱测得该材料的起峰波长λonset为383nm,在可见光区无吸收,由循环伏安测试求得最高占有轨道能量(HOMO能级)与最低空轨道能量(LUMO能级)分别为-4.9 eV0和-1.65 eV,可以满足大多数染料的能级匹配,与2,2’,7,7’-四(N’N-二对甲氧基苯基氨基)9,9’-螺环二芴(Spiro-OMeTAD)相比,它具有更低的HOMO能级,这就意味着与同种染料搭配,它在电池中将获得更高的开路电压。同时从CV测试结果看到,该材料的可逆性很好,意味着稳定性更高。