染料敏化太阳能电池研究课件

1、科学方法训练论文 院（部）： 材料科学与工程学院 专业 : 高分子材料与工程 专业班级： 高112班 学 号： 111527 学生姓名： 江源 指导教师： 戴玉华 题目: 染料敏化太阳能电池中凝胶电解质中N-甲基吡咯烷酮(NMP)与-丁内酯(GBL)比例的研究 江源 高112 学号:111527摘要: 用甲基丙烯酸-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质, 测定了聚合物凝胶电解质中的电导率. 按不同N-甲基吡咯烷酮(NMP)与-丁内酯(GBL)比例吸收液态电解质后形成凝胶电解质后,仪器测定能产生最高电导率的比例。染料敏化太阳能电

2、池结构与工作原理主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明导电膜的玻璃板上作为DSC的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有氧化还原电对的电解质，最常用的是I3/I-。 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态; 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中; 电子扩散至导电基底，后流入外电路中; 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生; 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成

3、一个循环; 和 分别为注入到TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态的电解质间的复合研究结果表明：只有非常靠近TiO2表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到TiO2导带中去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输;染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结合，最好能化学吸附到电极上;染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响DSC的光子俘获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分清楚，有Weller等的隧穿机理、Lindquist等的扩散模型等，有待于进一步研究。染料敏化太阳能电池特点与传统的太阳电池相比有以下一些优势：寿命长：使用寿命可达15-

4、20年;结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产;制备电池耗能较少，能源回收周期短;生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/51/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。生产过程中无毒无污染;实验聚合物凝胶电解质的制备实验所用试剂: 甲基丙烯酸-羟乙酯(HEMA, 分析纯)、偶氮二异丁腈(AIBN, 经95%乙醇重结晶)、N-甲基吡咯烷酮(NMP, 分析纯)均为天津市福晨化学试剂厂产品; N-乙烯基吡咯烷酮(NVP, 分析纯, 河南博爱新开源制药有限公司),-丁内酯(GBL, 分析纯, 北京恒业中远化工有限公司), N-N亚甲基双丙烯酰胺共聚物制备按一定质量配比称取一定量的HEMA

5、 6.0093g、NVP 4.0744g、无水乙醇 30.0587g, 用N-N亚甲基双丙烯酰胺0.1210g作交联剂, AIBN 0.2026g作引发剂,将上述试剂置于100 mL三口烧瓶中, 在室温下搅拌30 min, 使引发剂和交联剂完全溶解, 通氮气30min, 而后加装冷凝管置于60 C的恒温磁力搅拌器中反应4.5 h. 反应结束后将产物取出, 放入60 C真空箱干燥至恒重, 即得固态共聚物. 凝胶电解质的制备用电导率仪测凝胶电解质电导率（25）。数据：结果解释与分析实验证明NMP与GBL体积比为4：6时，形成的液态电解质电导率最高。本实验KI，I浓度都是一定的,所以NMP与GBL体

6、积比是对电导率有着直接影响,当比例分别为1:9 2:8 3:7 4:6时,电导率上升,直到4:6时最大.但当比例为5:5时电导率减小.所以电导率的大小与NMP有着本质联系.但是NMP也不是万能的当它继续增大到5:5时,电导率反而小了. 所以说本实验用电导率仪测凝胶电解质电导率有一个很明显的规律.电导率随着NMP与GBL体积比1:9 2:8 3:7 4:6 5:5是先增大后减小.4:6时是NMP与GBL体积最佳比,电导率达到5.73之高.再往后就开始减小.总结 经过短短十几年时间，染料敏化太阳电池研究在染料、电极、电解质等各方面取得了很大进展。同时在高效率、稳定性、耐久性、等方面还有很大的发展空

7、间。但真正使之走向产业化，服务于人类，还需要全世界各国科研工作者的共同努力。这一新型太阳电池有着比硅电池更为广泛的用途：如可用塑料或金属薄板使之轻量化，薄膜化;可使用各种色彩鲜艳的染料使之多彩化;另外，还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化。总之染料敏化纳米晶太阳能电池有着十分广阔的产业化前景，是具有相当广泛应用前景的新型太阳电池。相信在不久的将来，染料敏化太阳电池将会走进我们的生活。我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。比如说，在做聚合物时，我

8、们要用TEGDMA交联剂，但实验室没有这种药品，于是我们换了N-N亚甲基双丙烯酰胺才继续试验。在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。在这次的实验中，我们学生自己的能力得到了充分的发挥，跟以往那些充满条条框框的实验是不同的。本人认为，在做染料敏化太阳能电池中凝胶电解质的研究中，我不但对理论知识有了更加深的理解，对于实际的操作和也有了质的飞跃。经过这次的实验，我们整体对各个方面都得到了不少的提高，希望以后学校和系里能够开设更多类似的实验，能够让我们得到更好的锻炼。参考文献:1陈振宁，赵慨，吴晓宏，王艳萍 染料敏化太阳能电池中凝胶电解质的研究哈尔滨工业大学理学院，哈尔滨1500012戴玉华, 栗晓杰,方艳艳 史秋飞 林原 杨明山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 北京石油化工学院材料科学与工程系, 特种弹性体复合材料北京市重点实验室, 北京102617; 2北京化工大学材料科学与工程学院, 北京100029; 3中国科学院化学研究所