染料敏化太陽能電池研究ppt

科學(xué)方法訓(xùn)練論文

院（部）：材料科學(xué)與工程學(xué)院

專業(yè):高分子材料與工程

專業(yè)班級：

高112班

學(xué)

號：

111527

學(xué)生姓名：

江源

指導(dǎo)教師：

戴玉華

題目:染料敏化太陽能電池中凝膠電解質(zhì)中N-甲基吡咯烷酮(NMP)與γ-丁內(nèi)酯(GBL)比例的研究

江源

高112學(xué)號:111527

摘要:用甲基丙烯酸β-羥乙酯(HEMA)與N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)為原料制備了聚合物凝膠電解質(zhì),測定了聚合物凝膠電解質(zhì)中的電導(dǎo)率.按不同N-甲基吡咯烷酮(NMP)與γ-丁內(nèi)酯(GBL)比例吸收液態(tài)電解質(zhì)后形成凝膠電解質(zhì)后,儀器測定能產(chǎn)生最高電導(dǎo)率的比例。

染料敏化太陽能電池簡介染料敏化太陽電池主要是模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池，其主要優(yōu)勢是：原材料豐富、成本低、工藝技術(shù)相對簡單，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)中具有較大的優(yōu)勢，同時所有原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，部分材料可以得到充分的回收，對保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)與工作原理主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)、對電極和導(dǎo)電基底等幾部分組成。納米多孔半導(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物(TiO2、SnO2、ZnO等)，聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為DSC的負(fù)極。對電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)電膜的玻璃上鍍上鉑。敏化染料吸附在納米多孔二氧化鈦膜面上。正負(fù)極間填充的是含有氧化還原電對的電解質(zhì)，最常用的是I3/I-。⑴染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài);⑵處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中;⑶電子擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，后流入外電路中;⑷處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生;⑸氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子后被還原，從而完成一個循環(huán);⑹和⑺分別為注入到TiO2導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的電解質(zhì)間的復(fù)合研究結(jié)果表明：只有非?？拷黅iO2表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到TiO2導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會阻礙電子運(yùn)輸;染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上;染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSC的光子俘獲量的關(guān)鍵因素。到目前為止，電子在染料敏化二氧化鈦納米晶電極中的傳輸機(jī)理還不十分清楚，有Weller等的隧穿機(jī)理、Lindquist等的擴(kuò)散模型等，有待于進(jìn)一步研究。染料敏化太陽能電池特點(diǎn)與傳統(tǒng)的太陽電池相比有以下一些優(yōu)勢：⑴壽命長：使用壽命可達(dá)15-20年;⑵結(jié)構(gòu)簡單、易于制造，生產(chǎn)工藝簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);⑶制備電池耗能較少，能源回收周期短;⑷生產(chǎn)成本較低，僅為硅太陽能電池的1/5～1/10，預(yù)計(jì)每蜂瓦的電池的成本在10元以內(nèi)。⑸生產(chǎn)過程中無毒無污染;本實(shí)驗(yàn)介紹本文即以丙烯酸酯類的系列共聚P(HEMA-NVP)(甲基丙烯酸β-羥乙酯與N-乙烯基吡咯烷酮共聚物)制成凝膠電解質(zhì),通過改變N-甲基吡咯烷酮(NMP)與γ-丁內(nèi)酯(GBL)比例電池性能的影響,進(jìn)而通過優(yōu)化電解質(zhì)比例條件來提高電池的光電性能.凝膠態(tài)電解質(zhì)就是以小分子交聯(lián)劑、聚合物或無機(jī)納米離子為膠凝劑來吸收固化液態(tài)電解質(zhì)而形成一種宏觀固態(tài)、微觀液態(tài)的電解質(zhì)體系，具有較高的電導(dǎo)率和相對較高的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)聚合物凝膠電解質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)所用試劑:甲基丙烯酸β-羥乙酯(HEMA,分析純)、偶氮二異丁腈(AIBN,經(jīng)95%乙醇重結(jié)晶)、N-甲基吡咯烷酮(NMP,分析純)均為天津市福晨化學(xué)試劑廠產(chǎn)品;N-乙烯基吡咯烷酮(NVP,分析純,河南博愛新開源制藥有限公司),γ-丁內(nèi)酯(GBL,分析純,北京恒業(yè)中遠(yuǎn)化工有限公司),N-N亞甲基雙丙烯酰胺儀器：DF101S集熱式恒溫磁力攪拌器(鞏義市英峪京華儀器廠);DZF6050型真空干燥箱、DHG9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科技有限公司);DDSJ308A型電導(dǎo)率儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司);共聚物制備按一定質(zhì)量配比稱取一定量的HEMA6.0093g、NVP4.0744g、無水乙醇30.0587g,用N-N亞甲基雙丙烯酰胺0.1210g作交聯(lián)劑,AIBN0.2026g作引發(fā)劑,將上述試劑置于100mL三口燒瓶中,在室溫下攪拌30min,使引發(fā)劑和交聯(lián)劑完全溶解,通氮?dú)?0min,而后加裝冷凝管置于60°C的恒溫磁力攪拌器中反應(yīng)4.5h.反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物取出,放入60°C真空箱干燥至恒重,即得固態(tài)共聚物.凝膠電解質(zhì)的制備制備凝膠電解質(zhì)：本次實(shí)驗(yàn)共需五組液態(tài)電解質(zhì),每組電解質(zhì)加入KI，I,N-甲基吡咯烷酮γ-丁內(nèi)酯按比例制備液體電解質(zhì)混合于25ml容量瓶中:1NMP:GBL,=1:9（體積比），KI:I=0.5:0.05=10:1（質(zhì)量比），2NMP:GBL,=2:8（體積比），KI:I=0.5:0.05=10:1（質(zhì)量比），3NMP:GBL,=3:7（體積比），KI:I=0.5:0.05=10:1（質(zhì)量比），4NMP:GBL,=4: