离子液体在TiO2纳晶染料敏化太阳能电池中的应用

离子液体以其高稳定性、高电导率等特有的优点,成为众多领域中研究的热点。本文简单综述了离子液体的概念、结构及其在TiO2纳晶染料敏化电池的固、液态电解质中的应用,并对其应用前景进行了展望。     

电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

用甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物P(MMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质, 用电化学阻抗谱(EIS)研究了聚合物凝胶电解质中聚合物基质的结构与组成对准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)光伏性能的影响. 不同交联剂用量、不同HEMA用量的P(HEMA-NVP)共聚物及不同MMA用量的P(MMA-NVP)吸收液态电解质后分别形成HGelI、HGelII、MGel凝胶电解质. 结果发现, 随共聚物P(HEMA-NVP)中交联剂由0.1%(w, 下同)增大到0.6%时, 形成的HGelI 组装的DSSCs的光电转化效率(η)先增大后降低, 交联剂用量为0.4%时, DSSCs的η为最大, 为5.54%(光强100 mW·cm^-2). 同时, 比较HGelII 系列和MGel 系列DSSCs的光电性能参数发现, 含有羟基的HGel 系列的η要高于MGel 系列, 而后者的开路电压(V_oc)值高于前者. 在HGelII 系列中, HEMA含量为60%(w)时, DSSCs的η最高. 电化学阻抗谱分析表明共聚物中交联结构的不同影响了电池内部的界面阻抗及离子的传输, 引入羟基有利于降低界面阻抗. 通过调整共聚物中交联剂用量和羟基含量可改善DSSCs的光伏性能.     

染料敏化纳米薄膜太阳电池中离子液体基电解质的研究进展

综述了离子液体基电解质在染料敏化纳米薄膜太阳电池中的研究及应用进展，详细论述了多种离子液体基电解质系统对染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响，并比较了这些系统的优缺点. 根据胶凝剂的不同分别论述了离子液体基电解质的固化及其对电池性能的影响. 评述了离子液体基电解质在大面积电池中的应用，并对离子液体基电解质未来发展方向进行了展望.     

染料敏化太阳能电池用琼脂糖基磁性聚合物电解质的电化学性能

以琼脂糖为聚合物基质,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,磁性纳米粒子四氧化三铁为无机纳米颗粒添加剂制备了用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的磁性聚合物电解质.通过研究不同小分子表面活性剂,聚乙二醇(PEG200)、曲拉通(TritonX-100)、乙酰丙酮和三者混合的表面活性剂对掺杂有1%(w)Fe3O4的磁性聚合物电解质离子电导率的影响,发现PEG200的加入可有效提高琼脂糖基磁性聚合物电解质的离子电导率.同时,对不同PEG200浓度添加下的电解质进行离子电导率测试研究发现:当PEG200加入量为61.8%(w)时,电解质具有最佳的离子电导率(2.88×10-3S·cm-1);对染料敏化太阳能电池进行电化学交流阻抗谱(EIS)测试的结果表明:染料敏化太阳能电池的电子寿命和复合电阻随着PEG200浓度的增加是先增大后减小,最大的电子寿命和复合电阻出现在PEG200浓度为68.3%(w)处.     

聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用进展

染料敏化太阳能电池(DSSC)由于成本低、污染小、制备工艺简单而受到广泛关注。电解质在其中起到桥梁的作用,能促使染料再生、输运空穴,从而完成整个光电循环过程,是DSSC重要的组成部分。本文简要介绍了DSSC的基本结构和工作原理,指出了传统液态电解质存在的问题,综述了近年来以聚合物为基体制备的新型固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质以及多孔聚合物电解质在DSSC中的应用,最后对聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的发展做出了展望。     

聚乙烯吡咯烷酮基碘凝胶电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚偏氟乙烯(PVDF)为凝胶剂, 以碘化锂和碘单质为碘源, 碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)为溶剂, 制备了染料敏化太阳能电池(DSSCs)用凝胶聚合物电解质(GPE). 使用拉曼光谱、 循环伏安曲线和交流阻抗谱等对GPE进行表征. 结果表明, 聚合物的配比与浓度及碘与碘化锂比例对该电解质性能有很大影响, 当聚合物质量分数为10%、 PVP与PVDF质量比为80∶20、 I₂浓度为0.042 mol/L且LiI与I₂摩尔比为30∶1时, 制备的GPE在室温下电导率达最大值(3.27 mS/cm). 使用该GPE组装的DSSCs在100 mW/cm²的模拟太阳光照射下, 开路电压为0.64 V, 短路电流为13.6 mA/cm², 填充因子为0.595, 能量转化效率为5.18%, 并在30 d内表现出了良好的稳定工作性能.     

阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

提出了利用p-π共轭效应设计离子液体的方法, p-π共轭效应可以有效分散阴离子的负电荷, 降低离子液体中阴阳离子之间的库仑引力, 以得到低粘度的离子液体. 所设计的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑苯甲酸(EMIB)和1-乙基-3-甲基咪唑异烟酸(EMIIN) (它们的阴离子中羧酸根和芳环为p-π共轭结构), 这两种离子液体都达到了较低的粘度(EMIB为42 mPa·s, EMIIN为27 mPa·s). 进一步将这两种离子液体做成电解质, 应用在染料敏化太阳能电池中, 通过优化电解质的组成, EMIB基电解质达到了1.43 mS·cm^-1的电导率和1.45×10^-7cm²·s^-1的I₃^?的扩散系数, 而EMIIN基电解质的电导率和I₃^?扩散系数分别为1.63 mS·cm^-1和2.01×10^-7 cm²·s^-1,后者电导性能的提高主要和EMIIN粘度较低有关系. 进一步将这两种电解质组装成电池, 在300 W·m^-2的光强下测得EMIB基电池和EMIIN基电池的效率分别为2.85%和4.30%.     

准固态聚合物电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

将固态或准固态聚合物电解质应用到染料敏化太阳能电池(DSSC)中可以有效解决应用液态电解质遇到的封装难、稳定性差等问题,因而近年来,对固态和准固态电解质的研究引起了广泛关注.本文就准固态聚合物电解质在DSSC中应用的研究进展及存在的问题进行了综述.同时,介绍了DSSC的结构及工作原理.根据目前DSSC准固态聚合物电解质...     

染料敏化太阳能电池对电极

对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,改进对电极是提高其能量转换效率及降低成本的有效手段之一.本文重点综述了2008年以来染料敏化太阳能电池对电极的研究成果,详细介绍了各类对电极包括金属Pt、Au、Ni,纳米炭材料和导电聚合物等对电极的优点和制备工艺.Pt对电极性能最好,但是高成本限制了它在染料敏化太阳能电池产业化中的应用;新型的价格低廉、活性较高的纳米炭材料和导电聚合物及其复合材料等对电极在染料敏化太阳能电池的研究中逐渐引起人们的重视.     

New Type High Efficient Quasi-Solid-State Ionic Liquid Electrolyte for Dye-Sensitized Solar Cells

For the fist time the preparation of a mostly solid-state high efficiem electro-conductive material comprising 1-methyl-3-propylimidazolium iodide （MPII）, benzimidazole （BI）, iodine and lithium iodide was reported. In this electrolyte, BI acts as not only additives but also gelators. With its significant electrochemical properties, an overall efficiency of 3.07% was achieved under AM 1.5 （100 mW/cm^2）.     

A Silicon-based Imidazolium Ionic Liquid Iodide Source for Dye-Sensitized Solar Cells

Room temperature molten salt 1‐methyl‐3‐(trimethylsilyl)methyl‐imidazolium iodide (MSII) was used for iodide sources in dye‐sensitized solar cells with an organic sensitizer 2‐cyano‐3‐[5‐[4‐[3‐[4‐(4‐(N,N‐bis(4‐methoxyphenyl)amino)phenyl)phenyl]‐2,5‐di‐n‐butyl‐pyrrolo[3,4‐c]pyrrole‐1,4‐dione]phenyl]furan‐2‐yl] acrylic acid (DPP‐I) as light harvester. With an optimized electrolyte (MSII:I₂:BI:GuNCS?24:2:2:0.4, BI and GuCNS are short for benzimidazole and guanidine thiocyanate, respectively), photovoltaic parameters (J_sc, V_oc, and ff) of device are 8.97 mA·cm^?2, 600 mV and 0.61, respectively, yielding a maximum overall photo‐to‐energy conversion ef?ciency (η) of 3.23%. And then the charge‐transfer mechanism of devices was deeply analyzed with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in the dark.     

染料敏化太阳电池电解质

染料敏化太阳电池是新一代的太阳电池,有着巨大的应用前景。其中电解质体系是电池组成的主要部分,对电池的性能有着重要的影响。本文介绍了染料敏化太阳电池的基本原理,详细评述了近几年国内外学者对染料敏化太阳电池用电解质体系的研究进展情况,根据电解质的存在状态将其分为液态、准固态和固态三大类并逐一进行介绍,最后对该领域的前景进行了展望。     

两种锌卟啉聚合物自组装染料敏化太阳能电池

合成了2种新型锌卟啉并与金属Mn构建配位聚合物(CPsx,x=1,2)。2种配位聚合物与锚定卟啉(ZnPA)通过金属-配体轴向配位自组装染料敏化太阳能电池(DSSC)。测试结果表明自组装电池具有较好的光电转换效率,特别是基于CPs2的装置具有较高的短路电流和转换效率。我们还对其光学、电化学及光电性能进行了研究,并通过透射电镜(TEM)对自组装体有效敏化在TiO_2电极上进行验证。     

功能化多壁碳纳米管填充的凝胶电解质在染料敏化太阳能电池的应用

纯聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基凝胶电解质常常受制于低离子电导率,阻碍了其在染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)中的应用。 而利用纳米填充可提高凝胶电解质离子电导率及凝胶电解质DSSCs的性能。 本文使用功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNT)作为PVDF-HFP凝胶电解质的纳米填充物,通过改变f-MWCNT的质量分数来研究其对电解质的离子电导率和离子扩散的影响,进而研究其对DSSCs的转化效率和长期稳定性的增强作用。 研究发现:质量分数0.5%的f-MWCNT明显提高了PVDF-HFP凝胶电解质的离子电导率和离子扩散系数。 并且,该凝胶电解质基DSSCs的光转换效率可达5.28%,相比于未填充的PVDF-HFP凝胶电解质基DSSCs(4.01%),其效率提高了31.7%。 42 d后,该电池依然可以保持最初转化效率的86.5%。 实验结果证实了f-MWCNT在纳米填充方面的巨大潜能,为采用纳米填充物提高凝胶电解质DSSCs的性能提供参考。     

纳米氧化镍浓度对磁性准固态染料敏化太阳能电池的影响

以琼脂糖为聚合物基质,N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,磁性纳米氧化镍颗粒作为添加剂用于制备染料敏化太阳能电池(DSSC)的磁性聚合物电解质。通过SEM与离子电导率测试研究不同纳米氧化镍掺杂浓度对磁性聚合物电解质的影响,并对相应的染料敏化太阳能电池进行光电性能测试与电化学交流组抗谱(EIS)测试,结果表明:1.0wt%的纳米氧化镍掺杂浓度为最优掺杂浓度,在此浓度下聚合物电解质的表面形貌较为平整,同时电解质具备最高离子电导率(2.43×10-3S.cm-1);染料敏化太阳能电池的光电效率与电子寿命均随着纳米氧化镍掺杂浓度的增加而先增加后降低,并都在纳米氧化镍掺杂浓度为1.0wt%达到最大,此时电池的光电效率为1.63%、开路电压为0.57 V、短路电流密度为5.8 mA.cm-2、填充因子为0.53。     

二氧化钛膜参数对离子液体基染料敏化纳米薄膜太阳电池性能的影响

Photo correlation spectroscopy was used to measure the particle size distribution of TiO2 films. Other parameters, such as porosity, BET surface area, average pore size, crystallite size D101, distribution of pore size etc. were also measured. The effects of these parameters on the ionic liquid based dye-sensitized solar cells （DSC） were studied. It was concluded that the particle size distribution of nanocrystalline TiO2 played an important role on the performance of DSC. The narrow particle size distribution of nanocrystalline TiO2 increased the efficiency of DSC, while the wide distribution decreased the efficiency of DSC. From the result above, it was also concluded that the photo correlation spectroscopy was a good method to identify the performance of TiO2 films. Based on electrochemical impedance spectroscopy, we found that the particle size distribution could affect the electronic contact between the TiO2 layers as well. The narrow particle size distribution made the electronic contact between TiO2 layers better than the wide particle size distribution of the TiO2 films, and then better the electronic contact, higher the efficiency of the DSC.     

Synthesis and Characterization of Triazolium Iodide Ionic Liquid Electrolyte for Dye Sensitized Solar Cells

Imidazolium iodide compounds have been utilized in the electrolytes for dye sensitized solar cells (DSSC). Most of the investigations with these compounds focus on the formulation of eutectic mixtures that promote efficient dissociation and diffusion of the iodide and triiodide species. Facile alternative synthetic approaches such as click chemistry (Huisgen 3+2 dipolar cycloaddition reaction) can be utilized to broaden the scope of electrochemically stable promising materials for novel electrolyte systems. Here, we report the first example of a triazolium functionalized cyclic siloxane that can be used as an electrolyte component in solvent-based DSSCs. The devices fabricated with this new triazolium salt in the electrolyte yielded short circuit current densities (26 mA/cm²), as well as power conversion efficiencies of 8%, these values are comparable to those obtained for imidazolium salt analogues.     

Synthesis of Low‐Viscosity Ionic Liquids for Application in Dye‐Sensitized Solar Cells

Two types of ionic liquids (ILs), 1‐(3‐hexenyl)‐3‐methyl imidazolium iodide and 1‐(3‐butenyl)‐3‐methyl imidazolium iodide, are synthesized by introducing an unsaturated bond into the side alkyl chain of the imidazolium cation. These new ionic liquids exhibit high thermal stability and low viscosity (104 cP and 80 cP, respectively). The molecular dynamics simulation shows that the double bond introduced in the alkane chain greatly changes the molecular system space arrangement and diminishes the packing efficiency, leading to low viscosity. The low viscosity of the synthesized ionic liquids would enhance the diffusion of redox couples. This enhancement is detected by fabricating dye‐sensitized solar cells (DSSCs) with electrolytes containing the two ILs and I₂. The highest efficiency of DSSCs is 6.85 % for 1‐(3‐hexenyl)‐3‐methyl imidazolium iodide and 5.93 % for 1‐(3‐butenyl)‐3‐methyl imidazolium iodide electrolyte, which is much higher than that of 5.17 % with the counterpart 1‐hexyl‐3‐methyl imidazolium iodide electrolyte.