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染料敏化太阳能电池电解质的研究 —— 研究生开题报告

染料敏化太阳能电池电解质的研究 —— 研究生开题报告. 指导老师：孟舒献 副教授 学生：陈思 2013 年 7 月 9 日. 主要内容. 课题来源及意义 染料敏化太阳能电池工作原理及相关参数简述 染料敏化太阳能电池电解质研究进展 主要工作方法及任务. 课题来源及意义. 能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前，全球能源行业正面临着能源枯竭与环境保护的双重压力。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的天然清洁能源，成为最有希望的新能源之一。. 图 1 2000~2011 年全球太阳能安装量. 课题来源及意义. 图 2 太阳能发电厂.

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染料敏化太阳能电池电解质的研究 —— 研究生开题报告

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Presentation Transcript

  1. 染料敏化太阳能电池电解质的研究——研究生开题报告染料敏化太阳能电池电解质的研究——研究生开题报告 指导老师：孟舒献 副教授 学生：陈思 2013年7月9日

  2. 主要内容 • 课题来源及意义 • 染料敏化太阳能电池工作原理及相关参数简述 • 染料敏化太阳能电池电解质研究进展 • 主要工作方法及任务

  3. 课题来源及意义 • 能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前，全球能源行业正面临着能源枯竭与环境保护的双重压力。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的天然清洁能源，成为最有希望的新能源之一。 图1 2000~2011年全球太阳能安装量

  4. 课题来源及意义 图2 太阳能发电厂

  5. 课题来源及意义 • 1991 年瑞士洛桑高等工业学院的Grätzel 教授在DSSC的研究中取得了突破性进展，在太阳光下，其光电转换效率达7.1%（AM1.5）。 图3 染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)

  6. 课题来源及意义 • 电解质（electrolyte） • 提供电子 • 传输电荷 • 再生染料 图4 染料敏化太阳能电池结构示意图

  7. 课题来源及意义 • 2011年，Grätzel组的Aswani Yella等人利用Co（Ⅱ/Ⅲ）三（联吡啶）-基氧化还原电对电解质，结合D-π-A结构锌卟啉染料（YD2-o-C8），使DSSC的效率高达12.3%，相对于I3－/ I－液态电解质的效率（9.4%）有显著提高。 图5 图6 Aswani Yella, Hsuan-Wei Lee, Hoi Nok Tsao, etal.Porphyrin-Sensitized Solar Cells with Cobalt(II/III)–Based Redox Electrolyte Exceed 12 Percent Efficiency[J]. Science, 2011(334):629-633

  8. DSSC工作原理及相关参数简述 图7 DSSC的工作原理图

  9. DSSC工作原理及相关参数简述 • 短路电流(Isc ) • 开路电压(Voc ) • 填充因子(ff ) • 光电转换效率(η ) 图8DSSC性能参数

  10. DSSC的电解质研究进展 （一）液态电解质（liquid electrolyte） （1）有机溶剂液体电解质 （2）离子液体基液体电解质

  11. DSSC的电解质研究进展 （二） 固态电解质(solid electrolyte) （1）无机p-型半导体材料 （2）有机空穴传输材料 （3）导电高聚物和固态复合电解质

  12. DSSC的电解质研究进展 （三）准固态电解质(quasi-solid electrolyte)/凝胶电解质（gel electrolyte） （1）有机小分子准固态电解质 （2）无机纳米粒子准固态电解质 （3）凝胶聚合物电解质

  13. DSSC的电解质研究进展——凝胶聚合物电解质 凝胶聚合物电解质（Gel Polymer Electrlyte） • 聚丙烯腈(PAN) • 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) • 聚氧乙烯(PEO) • 聚氧丙烯(PPO) • 聚偏氟乙烯(PVDF) • 偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（PVDF-HFP ）

  14. DSSC的电解质研究进展——凝胶聚合物电解质 • Voc=0.751V，Jsc=16.260 mA/cm2，FF=0.6841，η=8. 35%>7.9%(liquid) 图10 图9 • Hongsheng Yang, Oliver A. Ileperuma, Masaru Shimomura, Kenji Murakami. Effect of ultra-thin polymer membrane electrolytes on dye-sensitized solar cells [J] . Solar Energy Materials & Solar Cells 93 (2009) ：1083–1086.

  15. DSSC的电解质研究进展——凝胶聚合物电解质 η=5.13% ≈ ηliquid 图11 • Peng Wang，Shaik M. Zakeeruddin，Ivan Exnarb，Michael Grätzel. High efficiency dye-sensitized nanocrystalline solar cells based on ionic liquid polymer gel electrolyte [J] . Chem Commun, 2002,2(24):2972-2973.

  16. DSSC的电解质研究进展——凝胶聚合物电解质 图13 η=6.7%<η液=6.8% （AM1.5） 图12 • Peng Wang，Shaik M. Zakeeruddin，Michael Grätzel. Solidifying liquid electrolytes with fluorine polymer and silica nanoparticles for quasi-solid dye-sensitized solar cells [J].J.Fluorine.Chem.2004,125(8):1241-1245.

  17. DSSC的电解质研究进展 • （四）卟啉敏化太阳能电池的电解质 图15 图14 • Vanessa Armel, Jennifer M. Pringle, Maria Forsyth, etal. Ionic liquid electrolyte porphyrin dye sensitised solar cells[J]. Chem.Commun., 2010, 46,3146–3148.

  18. DSSC的电解质研究进展 • （四）卟啉敏化太阳能电池的电解质 η(A1)=3.1% η(A2)=4.2% η(A3)=4.8% （AM1.5） 图16 • Vanessa Armel, Jennifer M. Pringle, Pawel Wagner, etal. Porphyrin dye-sensitised solar cells utilising a solid-state electrolyte[J]. Chem.Commun., 2011, 47,9327–9329.

  19. 主要工作方法及任务 聚合物凝胶电解质的制备方法： • 将聚合物制成膜后于液态电解质中活化形成凝胶电解质 • 聚合物凝胶剂加入到液态电解质中进行交联。 简易电解液：LiI+I2+乙腈

  20. 主要工作方法及任务 表1 常用聚合物凝胶剂的部分性质

  21. 主要工作方法及任务 表2 常用有机增塑剂的部分物理常数

  22. 主要工作方法及任务 表3 1-甲基-3-烷基咪唑碘中烷基脂肪链的长度对DSSC性能的影响 图17 烷基咪唑碘类离子结构式 • 潘旭,戴松元,王孔嘉,史成武,郭力. 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[J]. 物理化学学报, 2005,21(6):697-702.

  23. 主要工作方法及任务 图18 凝胶电解质中加入不同含量TiO2纳米颗粒的暗电流（扫描速度为10mV/s） • Zhipeng Huo, Songyuan Dai, Kongjia Wang, et al. Nanocomposite gel electrolyte with large enhanced charge transport properties of an I一/I3一redox couple for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells:91(2007)1959–1965.

  24. 主要工作方法及任务 图19 PVdF –HFP聚合物膜的SEM图 （a：PVdF –HFP含量为10%，b：a的放大图； c ：PVdF –HFP含量为5%，d：c的放大图）

  25. 主要工作方法及任务 图20 凝胶电解质

  26. 主要工作方法及任务 • 2013/6—2013/12：提高PVDF-HFP基凝胶电解质的效率，同时寻找更好的聚合物。同时，完善实验室的电池封装工艺，研究关于电解质的电化学测试方法； • 2014/1—2014/6：研究凝胶电解质的离子液体添加剂。 • 2014/7—2014/12：研究纳米颗粒添加剂。 • 2015/1—2015/4：整理数据，撰写毕业论文。 • 2015/5——2015/7：毕业答辩。

  27. 谢谢！

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