高性能 TiO2敏化光伏电池固态电解质的合成与研究大学生科技立项申请表

1、 编号：第 号东北大学秦皇岛分校大学生科技创新基金项目申请表项目名称：高性能 tio2敏化光伏电池中固态电解质的合成与研究 项目负责人： . 院年级专业： . 联系电话： 1. 电子信箱： . 指导教师： . 指导教师所在院： . 指导教师联系电话：填表日期： 2013年10月20日填写说明一、项目申请表要按照.大学生科技创新基金项目管理办法和关于开展2014年度.大学生科技创新基金项目申报的通知，逐项认真填写，填写内容必须，表达明确严谨。空缺项填“无”。二、格式要求：表格中的正文字体为小四号宋体，22磅行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名。均用a4纸双面

2、打印，于左侧装订成册。三、项目申请表由项目负责人填写，经学院评审汇总后统一上报大学生科技创新中心，大学生科技创新中心组织大学生科技创新工作专家委员会评审确定。学生申请课题必须自行联系确定指导教师。四、项目申请表填写内容应言简意赅，思路清晰，论证充分，字迹清楚，一律用计算机输入打印。五、以学院为单位上交此申报表（电子档和纸质材料一式三份）。六、 如填表有不明事宜，请联系大学生科技创新中心。 联系电话：.项目名称高性能tio2敏化光伏电池中固态电解质的合成与研究申请经费5000元起止时间2013.112014.10申请团队情况成员姓名学号专业年级联系电话队长.队员.队员.队员.队员.队员队员指导教

3、师情况姓名.职务.副院长职称副教授电话.e-mail.一、申请理由 作为参加本次科技立项的实验项目，项目由专业老师指导并由拥有良好专业知识及丰富合作经验的学生团队参与实施。在本项目的确定之初，作为团队成员的我们查阅了大量的相关资料，了解了染料敏化太阳能电池的发展历程、现状及背景，也了解了与染料敏化太阳能电池相关的各种电解质的发展现状及前景。这让我们对所申请项目有了一个深刻的了解。 而作为本次项目的实施者，本团队成员由.的2名2011级。专业以及3名2012级材。专业的学生组成，各成员学习成绩优异。其中2名2011级学生在以往学习中学习了包括半导体物理、新能源材料、材料科学研究与测试方法、太阳能

4、电池原理、材料物理与性能学、化学电源、功能材料在内的等多门专业课程为实验的进行储备了丰富的理论知识，特别值得关注的是这两名学生通过系统的学习材料科学研究与测试方法以及化学实验等多本实验书，熟练掌握了包括激光颗粒分度仪，红外光谱仪，x射线衍射仪，太阳能i-v测试平台等多种实验仪器以及相关软件，这为我们实验的进行奠定了坚实的基础。而对于3名2012级学生，他们除了拥有一定的理论与实验基础外还各有特长，对实验的有很大的帮助，而且他们对实验抱有高度的热情。而作为一个团结合作、积极向上的团队，我们各司其职。其中作为实验经验与理论知识丰富的两名11级队员。负责实验中各种实验仪器的使用，以及试验样品的测定；

5、队员。拥有较扎实的英语知识，能够熟练的查询及阅读各类文献；队员。拥有较强的动手能力，能够熟练的完成各种实验操作；队员。拥有较高电脑水平，对试验的后期制作有很大的帮助。对于这样一个优秀的团队，我们有理由相信，在专业老师的指导下，我们一定会很好的完成此次项目，达到甚至超过预期目标。二、立项背景 1.国际背景步入21世纪，随着世界人口的剧烈增长，环境污染的日益严重，煤、石油、天然气等矿物资源的日益枯竭，这促使人们迫切需要找到其它的可替代性新能源以缓解地球所面临的能源危机。正是在这种环境下太阳能电池以其高效、清洁、可再生等优越性，受到各国科学家的瞩目。其中染料敏化太阳能电池（dssc）以其寿命长、工艺

6、简单、价格低廉、生产过程中无污染等优点受到国内外科学家的重视。 经科学家的研究发现，影响dssc性能的主要几个重要因素是：染料的吸附量、ti02薄膜的耦合、染料的吸收光谱与太阳光谱的匹配、电解质的配比。其中在染料敏化太阳能电池中，电解质起传输电子和空穴的作用，它的性能好坏对电池的性能有重要的影响。因此电解质的选择对染料敏化太阳能电池有很重要的影响。 2.研究趋势 目前的dssc中，按照电解质物理状态不同，可以将电解质分为三种：液态电解质、固态电解质、准固态电解质。其中，准固态电解质和固态电解质又统称为固态电解质。 dssc的问世之初，采用的是液态电解质，液态电解质具有以下一些优点：(1)离子扩

7、散系数大；(2)组成成分易于设计和改变；(3)对 tio2多孔膜的渗透性好。使用液态电解质的dssc具有较高的光电转化效率。1997 年 grtzel利用n3染料制备的液态电解质dssc，其光电转换效率达到了10.0 ，短路电流为18.62 macm2，开路电压为740 mv。虽然液态电解质取得了不错的光电转化效率。然而在对dssc的进一步研究中，科学家们发现，液态电解质存在着巨大的缺陷。（1） 其沸点低、易挥发，可能与敏化染料作用导致染料降解；（2） 流动性大，给电池的密封和长期使用带来困难，而且其密封工艺复杂，密封剂也可能与电解质反应；（3） 液态电解质的存在易导致敏化染料的脱附；（4）

8、在强光下光电流不稳定；（5） 除了氧化还原循环反应外，电解质还存在不可逆反应。这些因素都将导致dssc不稳定和使用寿命缩短。上述问题的存在严重的制约了染料敏化太阳能电池的商业化发展。 为了推进染料敏化太阳能电池的发展，在1998年， grtzel组首次选用以偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）作为胶凝剂，成功地将以有机溶剂和离子液体为介质的液体电解质凝胶化。这也开启了固态电解质的研究序幕。经研究，科学家们发现固态电解质存在许多优点，首先它不存在上述液态电解质中存在的各种问题，其次固态电解质工艺简单，成本低廉，、性能稳定。而且，使用固态电解质的dssc在制备工艺简单和可以满足商业上多变

9、的形状设计上具有液态电解质不可比拟的优势。其光电转化效率也有了很大的提高。这对固态电解质的发展是一个很大的进步。现如今，人们普遍认为，用工艺简单、成本低廉、性能稳定、寿命长的固态电解质来代替沸点低、易挥发、流动性大、封装困难的液态电解质将是未来染料敏化太阳能电池研究发展的趋势。 3.研究意义染料敏化太阳能电池作为一种工艺简单、价格低廉、转化效率高的新型太阳能电池，在其发展过程中，用固态电解质代替液态电解质符合其未来发展的趋势。虽然，不断有科学家研究用性能稳定、寿命长、工艺简单以及完全可以满足商业中对形状多样性要求的固态电解质来代替封装困难、性能稳定性差、寿命低的液态电解质。但是，直到目前为止，

10、固态染料敏化纳米晶太阳电池转换效率仍然不高。经科学家们研究发现，固态电解质导电率低，会阻碍材料中电子空穴对的传输。基于此，本课题拟采用碘化物作为修饰源，进一步研究其对固态电解质导电率的影响，并在此基础上探索不同配比的固态电解质以提高光电转化效率。 基于太阳能电池未来的实用性，我们希望能在前人的研究基础上探索出更加高效、实用的固态电解质，提高其效率。为未来dssc产业化提供技术支持。 4.参考文献1 regan b o，grtzel ma low-cost，high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal ti02 film

11、sjnature，1 991，353(24)：737-7402 hinsch a，kroon j m，kernr,et a1long-term stability of dye-sensitized solar celljprogphotovolt：resappl，2001，9：425-4383 lee k m，suryanarayanan v ho k ca study on the electron transport properties of tio2 electrodes in dye-sensitized solar cellsjsolenergy matersolcells，20

12、07(91)：1416-14204 regan b o , grtzel m. a low-cost high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloisal tio2 films j. nature, 1991, 353: 737-740.5 bach u,lupo d , grtzel m. solid-state dye-sensitized mesoporous tio2 solar cells with high photon-to-electron conversion efficiencies j. nature,

13、1998, 395: 583-585.6 史成武，戴松元,王孔嘉等. 染料敏化纳米薄膜太阳电池中电解质的研究进展.化学通报,2005 ,68 ，w001.7 林红，庄东填，李鑫，李下溪，李建宝等.染料敏化太阳能电池用固态电解质研究进展.科技导报，2007,22：0063-05 。8 鲁厚芳，阎康平，涂铭旌.影响染料敏化tio2纳米晶太阳能电池的因素.现代化工，2004，019 秦达，郭晓枝，孙惠成，罗艳红，孟庆波，李冬梅.染料敏华太阳能电池固态电解质. 化学进展.2011，z1.10 张耀红，朱俊，戴松元. 染料敏化太阳能电解池用固态及准固态电解质的研究进展. 化学通报.2010,12. 三、

14、项目的特色与创新之处本课题最大的特色与创新之处是以碘化物为修饰源来修饰光阳极和固态电解质的接触界面，来提高固态电解质的载流子传输能力。 从能级分布上来分析，我们得到，tio2半导体的等级差和固态电解质的能级差不匹配，碘化物的能级差正好起到匹配tio2的作用，起到运输载流子的作用。而且碘化物还可以克服有机物和无机物之间的界面阻力。这样，添加修饰源的固体电解质有更好的导电四、实施方案 1.取偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）、二氧化硅纳米颗粒固化及3-甲氧基丙腈基液态电解质，利用激光粒度仪，傅里叶变换红外光谱仪等仪器来分析检测上述材料的结构特征及性能。并利用正交设计方案优化，配制出固态

15、电解质。2.分别称取一定摩尔的csi、sni2,用研钵快速研磨（药品均容易被氧化，潮解）。并取4支试管，分别配置1ml的csi，sni2酒精，乙腈溶液，然后放置在超声清洗机超声，使溶质尽可能的溶解， 然后将各种溶液混合均匀。3.用玻璃棒取上述各混合溶液，然后均匀的涂在二氧化钛薄膜上，用来修饰光阳极与电解质的接触界面。以提高其导电率。4.取3支试管，以一定的摩尔比例取偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（pvdf-hfp）和二氧化硅纳米颗粒固化及3-甲氧基丙腈基液态电解质等试剂将其混合均匀。用玻璃棒蘸取电解质并尽可能加热到80，然后利用独特的机械滚压法均匀的涂到二氧化钛薄膜上；5.利用已有的染料敏化太阳能

16、电池组件来组装电池。6.性能测试，以日本san-ei公司xes-40s1型am1.5太阳能模拟器作为光源，利用keithley2400型数字源表对所组装电池i-v特性进行了测试，并记录它的短路电流（isc）、开路电压（voc）、填充因子（ff）、光电转换效率（）等重要参数。时间安排 本研究课题分为六个平行实验，我们小组计划将其分为三个阶段。 第一阶段（2013年11月-2014年01月）：实验准备阶段。对实验所需原材料的购置，实验原材料的预处理，实验器材的准备。 第二阶段（2014年01月-2014年04月及2014年04月-2014年08月): 实验开始阶段。 01月-04月：利用各种实验仪器对实验试剂进行化学测试，对其进行结构特征分析。 04月-08月：实验配制固体电解质，得到实验成果！ 第三阶段：（2014年08月-2014年10月）：实验结束阶段。完成对实验成果的整理及统计，写总结报告，发表论文，申请专利。五、项目研究预期成果本实验是立足于理论知识所做的实验，一方面它可以为学生积累丰富的实验经验，达到锻炼学生的目的。另一方面，我们也可以通过实际实验来找到最佳的制备工艺以更高效率的