高性能 TiO2敏化光伏電池固態(tài)電解質(zhì)的合成與研究大學生科技立項申請表

1、 編號：第 號東北大學秦皇島分校大學生科技創(chuàng)新基金項目申請表項目名稱：高性能 tio2敏化光伏電池中固態(tài)電解質(zhì)的合成與研究 項目負責人： . 院年級專業(yè)： . 聯(lián)系電話： 1. 電子信箱： . 指導教師： . 指導教師所在院： . 指導教師聯(lián)系電話：填表日期： 2013年10月20日填寫說明一、項目申請表要按照.大學生科技創(chuàng)新基金項目管理辦法和關于開展2014年度.大學生科技創(chuàng)新基金項目申報的通知，逐項認真填寫，填寫內(nèi)容必須，表達明確嚴謹?？杖表椞睢盁o”。二、格式要求：表格中的正文字體為小四號宋體，22磅行距；需簽字部分由相關人員以黑色鋼筆或水筆簽名。均用a4紙雙面

2、打印，于左側裝訂成冊。三、項目申請表由項目負責人填寫，經(jīng)學院評審匯總后統(tǒng)一上報大學生科技創(chuàng)新中心，大學生科技創(chuàng)新中心組織大學生科技創(chuàng)新工作專家委員會評審確定。學生申請課題必須自行聯(lián)系確定指導教師。四、項目申請表填寫內(nèi)容應言簡意賅，思路清晰，論證充分，字跡清楚，一律用計算機輸入打印。五、以學院為單位上交此申報表（電子檔和紙質(zhì)材料一式三份）。六、 如填表有不明事宜，請聯(lián)系大學生科技創(chuàng)新中心。 聯(lián)系電話：.項目名稱高性能tio2敏化光伏電池中固態(tài)電解質(zhì)的合成與研究申請經(jīng)費5000元起止時間2013.112014.10申請團隊情況成員姓名學號專業(yè)年級聯(lián)系電話隊長.隊員.隊員.隊員.隊員.隊員隊員指導教

3、師情況姓名.職務.副院長職稱副教授電話.e-mail.一、申請理由 作為參加本次科技立項的實驗項目，項目由專業(yè)老師指導并由擁有良好專業(yè)知識及豐富合作經(jīng)驗的學生團隊參與實施。在本項目的確定之初，作為團隊成員的我們查閱了大量的相關資料，了解了染料敏化太陽能電池的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及背景，也了解了與染料敏化太陽能電池相關的各種電解質(zhì)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景。這讓我們對所申請項目有了一個深刻的了解。 而作為本次項目的實施者，本團隊成員由.的2名2011級。專業(yè)以及3名2012級材。專業(yè)的學生組成，各成員學習成績優(yōu)異。其中2名2011級學生在以往學習中學習了包括半導體物理、新能源材料、材料科學研究與測試方法、太陽能

4、電池原理、材料物理與性能學、化學電源、功能材料在內(nèi)的等多門專業(yè)課程為實驗的進行儲備了豐富的理論知識，特別值得關注的是這兩名學生通過系統(tǒng)的學習材料科學研究與測試方法以及化學實驗等多本實驗書，熟練掌握了包括激光顆粒分度儀，紅外光譜儀，x射線衍射儀，太陽能i-v測試平臺等多種實驗儀器以及相關軟件，這為我們實驗的進行奠定了堅實的基礎。而對于3名2012級學生，他們除了擁有一定的理論與實驗基礎外還各有特長，對實驗的有很大的幫助，而且他們對實驗抱有高度的熱情。而作為一個團結合作、積極向上的團隊，我們各司其職。其中作為實驗經(jīng)驗與理論知識豐富的兩名11級隊員。負責實驗中各種實驗儀器的使用，以及試驗樣品的測定；

5、隊員。擁有較扎實的英語知識，能夠熟練的查詢及閱讀各類文獻；隊員。擁有較強的動手能力，能夠熟練的完成各種實驗操作；隊員。擁有較高電腦水平，對試驗的后期制作有很大的幫助。對于這樣一個優(yōu)秀的團隊，我們有理由相信，在專業(yè)老師的指導下，我們一定會很好的完成此次項目，達到甚至超過預期目標。二、立項背景 1.國際背景步入21世紀，隨著世界人口的劇烈增長，環(huán)境污染的日益嚴重，煤、石油、天然氣等礦物資源的日益枯竭，這促使人們迫切需要找到其它的可替代性新能源以緩解地球所面臨的能源危機。正是在這種環(huán)境下太陽能電池以其高效、清潔、可再生等優(yōu)越性，受到各國科學家的矚目。其中染料敏化太陽能電池（dssc）以其壽命長、工藝

6、簡單、價格低廉、生產(chǎn)過程中無污染等優(yōu)點受到國內(nèi)外科學家的重視。 經(jīng)科學家的研究發(fā)現(xiàn)，影響dssc性能的主要幾個重要因素是：染料的吸附量、ti02薄膜的耦合、染料的吸收光譜與太陽光譜的匹配、電解質(zhì)的配比。其中在染料敏化太陽能電池中，電解質(zhì)起傳輸電子和空穴的作用，它的性能好壞對電池的性能有重要的影響。因此電解質(zhì)的選擇對染料敏化太陽能電池有很重要的影響。 2.研究趨勢 目前的dssc中，按照電解質(zhì)物理狀態(tài)不同，可以將電解質(zhì)分為三種：液態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)、準固態(tài)電解質(zhì)。其中，準固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)又統(tǒng)稱為固態(tài)電解質(zhì)。 dssc的問世之初，采用的是液態(tài)電解質(zhì)，液態(tài)電解質(zhì)具有以下一些優(yōu)點：(1)離子擴

7、散系數(shù)大；(2)組成成分易于設計和改變；(3)對 tio2多孔膜的滲透性好。使用液態(tài)電解質(zhì)的dssc具有較高的光電轉化效率。1997 年 grtzel利用n3染料制備的液態(tài)電解質(zhì)dssc，其光電轉換效率達到了10.0 ，短路電流為18.62 macm2，開路電壓為740 mv。雖然液態(tài)電解質(zhì)取得了不錯的光電轉化效率。然而在對dssc的進一步研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)，液態(tài)電解質(zhì)存在著巨大的缺陷。（1） 其沸點低、易揮發(fā)，可能與敏化染料作用導致染料降解；（2） 流動性大，給電池的密封和長期使用帶來困難，而且其密封工藝復雜，密封劑也可能與電解質(zhì)反應；（3） 液態(tài)電解質(zhì)的存在易導致敏化染料的脫附；（4）

8、在強光下光電流不穩(wěn)定；（5） 除了氧化還原循環(huán)反應外，電解質(zhì)還存在不可逆反應。這些因素都將導致dssc不穩(wěn)定和使用壽命縮短。上述問題的存在嚴重的制約了染料敏化太陽能電池的商業(yè)化發(fā)展。 為了推進染料敏化太陽能電池的發(fā)展，在1998年， grtzel組首次選用以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）作為膠凝劑，成功地將以有機溶劑和離子液體為介質(zhì)的液體電解質(zhì)凝膠化。這也開啟了固態(tài)電解質(zhì)的研究序幕。經(jīng)研究，科學家們發(fā)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)存在許多優(yōu)點，首先它不存在上述液態(tài)電解質(zhì)中存在的各種問題，其次固態(tài)電解質(zhì)工藝簡單，成本低廉，、性能穩(wěn)定。而且，使用固態(tài)電解質(zhì)的dssc在制備工藝簡單和可以滿足商業(yè)上多變

9、的形狀設計上具有液態(tài)電解質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢。其光電轉化效率也有了很大的提高。這對固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展是一個很大的進步?，F(xiàn)如今，人們普遍認為，用工藝簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定、壽命長的固態(tài)電解質(zhì)來代替沸點低、易揮發(fā)、流動性大、封裝困難的液態(tài)電解質(zhì)將是未來染料敏化太陽能電池研究發(fā)展的趨勢。 3.研究意義染料敏化太陽能電池作為一種工藝簡單、價格低廉、轉化效率高的新型太陽能電池，在其發(fā)展過程中，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)符合其未來發(fā)展的趨勢。雖然，不斷有科學家研究用性能穩(wěn)定、壽命長、工藝簡單以及完全可以滿足商業(yè)中對形狀多樣性要求的固態(tài)電解質(zhì)來代替封裝困難、性能穩(wěn)定性差、壽命低的液態(tài)電解質(zhì)。但是，直到目前為止，

10、固態(tài)染料敏化納米晶太陽電池轉換效率仍然不高。經(jīng)科學家們研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質(zhì)導電率低，會阻礙材料中電子空穴對的傳輸。基于此，本課題擬采用碘化物作為修飾源，進一步研究其對固態(tài)電解質(zhì)導電率的影響，并在此基礎上探索不同配比的固態(tài)電解質(zhì)以提高光電轉化效率。 基于太陽能電池未來的實用性，我們希望能在前人的研究基礎上探索出更加高效、實用的固態(tài)電解質(zhì)，提高其效率。為未來dssc產(chǎn)業(yè)化提供技術支持。 4.參考文獻1 regan b o，grtzel ma low-cost，high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal ti02 film

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13、1998, 395: 583-585.6 史成武，戴松元,王孔嘉等. 染料敏化納米薄膜太陽電池中電解質(zhì)的研究進展.化學通報,2005 ,68 ，w001.7 林紅，莊東填，李鑫，李下溪，李建寶等.染料敏化太陽能電池用固態(tài)電解質(zhì)研究進展.科技導報，2007,22：0063-05 。8 魯厚芳，閻康平，涂銘旌.影響染料敏化tio2納米晶太陽能電池的因素.現(xiàn)代化工，2004，019 秦達，郭曉枝，孫惠成，羅艷紅，孟慶波，李冬梅.染料敏華太陽能電池固態(tài)電解質(zhì). 化學進展.2011，z1.10 張耀紅，朱俊，戴松元. 染料敏化太陽能電解池用固態(tài)及準固態(tài)電解質(zhì)的研究進展. 化學通報.2010,12. 三、

14、項目的特色與創(chuàng)新之處本課題最大的特色與創(chuàng)新之處是以碘化物為修飾源來修飾光陽極和固態(tài)電解質(zhì)的接觸界面，來提高固態(tài)電解質(zhì)的載流子傳輸能力。 從能級分布上來分析，我們得到，tio2半導體的等級差和固態(tài)電解質(zhì)的能級差不匹配，碘化物的能級差正好起到匹配tio2的作用，起到運輸載流子的作用。而且碘化物還可以克服有機物和無機物之間的界面阻力。這樣，添加修飾源的固體電解質(zhì)有更好的導電四、實施方案 1.取偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）、二氧化硅納米顆粒固化及3-甲氧基丙腈基液態(tài)電解質(zhì)，利用激光粒度儀，傅里葉變換紅外光譜儀等儀器來分析檢測上述材料的結構特征及性能。并利用正交設計方案優(yōu)化，配制出固態(tài)

15、電解質(zhì)。2.分別稱取一定摩爾的csi、sni2,用研缽快速研磨（藥品均容易被氧化，潮解）。并取4支試管，分別配置1ml的csi，sni2酒精，乙腈溶液，然后放置在超聲清洗機超聲，使溶質(zhì)盡可能的溶解， 然后將各種溶液混合均勻。3.用玻璃棒取上述各混合溶液，然后均勻的涂在二氧化鈦薄膜上，用來修飾光陽極與電解質(zhì)的接觸界面。以提高其導電率。4.取3支試管，以一定的摩爾比例取偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）和二氧化硅納米顆粒固化及3-甲氧基丙腈基液態(tài)電解質(zhì)等試劑將其混合均勻。用玻璃棒蘸取電解質(zhì)并盡可能加熱到80，然后利用獨特的機械滾壓法均勻的涂到二氧化鈦薄膜上；5.利用已有的染料敏化太陽能

16、電池組件來組裝電池。6.性能測試，以日本san-ei公司xes-40s1型am1.5太陽能模擬器作為光源，利用keithley2400型數(shù)字源表對所組裝電池i-v特性進行了測試，并記錄它的短路電流（isc）、開路電壓（voc）、填充因子（ff）、光電轉換效率（）等重要參數(shù)。時間安排 本研究課題分為六個平行實驗，我們小組計劃將其分為三個階段。 第一階段（2013年11月-2014年01月）：實驗準備階段。對實驗所需原材料的購置，實驗原材料的預處理，實驗器材的準備。 第二階段（2014年01月-2014年04月及2014年04月-2014年08月): 實驗開始階段。 01月-04月：利用各種實驗儀器對實驗試劑進行化學測試，對其進行結構特征分析。 04月-08月：實驗配制固體電解質(zhì)，得到實驗成果！ 第三階段：（2014年08月-2014年10月）：實驗結束階段。完成對實驗成果的整理及統(tǒng)計，寫總結報告，發(fā)表論文，申請專利。五、項目研究預期成果本實驗是立足于理論知識所做的實驗，一方面它可以為學生積累豐富的實驗經(jīng)驗，達到鍛煉學生的目的。另一方面，我們也可以通過實際實驗來找到最佳的制備工藝以更高效率的