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(xué)生科技立項(xiàng)申請(qǐng)表

1、 編號(hào)：第 號(hào)東北大學(xué)秦皇島分校大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目申請(qǐng)表項(xiàng)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人： . 院年級(jí)專業(yè)： . 聯(lián)系電話： 1. 電子信箱： . 指導(dǎo)教師： . 指導(dǎo)教師所在院： . 指導(dǎo)教師聯(lián)系電話：填表日期： 2013年10月20日填寫說(shuō)明一、項(xiàng)目申請(qǐng)表要按照.大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目管理辦法和關(guān)于開展2014年度.大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目申報(bào)的通知，逐項(xiàng)認(rèn)真填寫，填寫內(nèi)容必須，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表?xiàng)填“無(wú)”。二、格式要求：表格中的正文字體為小四號(hào)宋體，22磅行距；需簽字部分由相關(guān)人員以黑色鋼筆或水筆簽名。均用a4紙雙面

2、打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。三、項(xiàng)目申請(qǐng)表由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫，經(jīng)學(xué)院評(píng)審匯總后統(tǒng)一上報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新中心，大學(xué)生科技創(chuàng)新中心組織大學(xué)生科技創(chuàng)新工作專家委員會(huì)評(píng)審確定。學(xué)生申請(qǐng)課題必須自行聯(lián)系確定指導(dǎo)教師。四、項(xiàng)目申請(qǐng)表填寫內(nèi)容應(yīng)言簡(jiǎn)意賅，思路清晰，論證充分，字跡清楚，一律用計(jì)算機(jī)輸入打印。五、以學(xué)院為單位上交此申報(bào)表（電子檔和紙質(zhì)材料一式三份）。六、 如填表有不明事宜，請(qǐng)聯(lián)系大學(xué)生科技創(chuàng)新中心。 聯(lián)系電話：.項(xiàng)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(qǐng)經(jīng)費(fèi)5000元起止時(shí)間2013.112014.10申請(qǐng)團(tuán)隊(duì)情況成員姓名學(xué)號(hào)專業(yè)年級(jí)聯(lián)系電話隊(duì)長(zhǎng).隊(duì)員.隊(duì)員.隊(duì)員.隊(duì)員.隊(duì)員隊(duì)員指導(dǎo)教

3、師情況姓名.職務(wù).副院長(zhǎng)職稱副教授電話.e-mail.一、申請(qǐng)理由 作為參加本次科技立項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，項(xiàng)目由專業(yè)老師指導(dǎo)并由擁有良好專業(yè)知識(shí)及豐富合作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)參與實(shí)施。在本項(xiàng)目的確定之初，作為團(tuán)隊(duì)成員的我們查閱了大量的相關(guān)資料，了解了染料敏化太陽(yáng)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(yáng)能電池相關(guān)的各種電解質(zhì)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景。這讓我們對(duì)所申請(qǐng)項(xiàng)目有了一個(gè)深刻的了解。 而作為本次項(xiàng)目的實(shí)施者，本團(tuán)隊(duì)成員由.的2名2011級(jí)。專業(yè)以及3名2012級(jí)材。專業(yè)的學(xué)生組成，各成員學(xué)習(xí)成績(jī)優(yōu)異。其中2名2011級(jí)學(xué)生在以往學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)了包括半導(dǎo)體物理、新能源材料、材料科學(xué)研究與測(cè)試方法、太陽(yáng)能

4、電池原理、材料物理與性能學(xué)、化學(xué)電源、功能材料在內(nèi)的等多門專業(yè)課程為實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行儲(chǔ)備了豐富的理論知識(shí)，特別值得關(guān)注的是這兩名學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料科學(xué)研究與測(cè)試方法以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)等多本實(shí)驗(yàn)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(yáng)能i-v測(cè)試平臺(tái)等多種實(shí)驗(yàn)儀器以及相關(guān)軟件，這為我們實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而對(duì)于3名2012級(jí)學(xué)生，他們除了擁有一定的理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)外還各有特長(zhǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的有很大的幫助，而且他們對(duì)實(shí)驗(yàn)抱有高度的熱情。而作為一個(gè)團(tuán)結(jié)合作、積極向上的團(tuán)隊(duì)，我們各司其職。其中作為實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)豐富的兩名11級(jí)隊(duì)員。負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)中各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用，以及試驗(yàn)樣品的測(cè)定；

5、隊(duì)員。擁有較扎實(shí)的英語(yǔ)知識(shí)，能夠熟練的查詢及閱讀各類文獻(xiàn)；隊(duì)員。擁有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，能夠熟練的完成各種實(shí)驗(yàn)操作；隊(duì)員。擁有較高電腦水平，對(duì)試驗(yàn)的后期制作有很大的幫助。對(duì)于這樣一個(gè)優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，我們有理由相信，在專業(yè)老師的指導(dǎo)下，我們一定會(huì)很好的完成此次項(xiàng)目，達(dá)到甚至超過(guò)預(yù)期目標(biāo)。二、立項(xiàng)背景 1.國(guó)際背景步入21世紀(jì)，隨著世界人口的劇烈增長(zhǎng)，環(huán)境污染的日益嚴(yán)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(jī)。正是在這種環(huán)境下太陽(yáng)能電池以其高效、清潔、可再生等優(yōu)越性，受到各國(guó)科學(xué)家的矚目。其中染料敏化太陽(yáng)能電池（dssc）以其壽命長(zhǎng)、工藝

6、簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的重視。 經(jīng)科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)，影響dssc性能的主要幾個(gè)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(yáng)光譜的匹配、電解質(zhì)的配比。其中在染料敏化太陽(yáng)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(duì)電池的性能有重要的影響。因此電解質(zhì)的選擇對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池有很重要的影響。 2.研究趨勢(shì) 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(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。其中，準(zhǔn)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(wèn)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(diǎn)：(1)離子擴(kuò)

7、散系數(shù)大；(2)組成成分易于設(shè)計(jì)和改變；(3)對(duì) 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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率達(dá)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(cuò)的光電轉(zhuǎn)化效率。然而在對(duì)dssc的進(jìn)一步研究中，科學(xué)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(diǎn)低、易揮發(fā)，可能與敏化染料作用導(dǎo)致染料降解；（2） 流動(dòng)性大，給電池的密封和長(zhǎng)期使用帶來(lái)困難，而且其密封工藝復(fù)雜，密封劑也可能與電解質(zhì)反應(yīng)；（3） 液態(tài)電解質(zhì)的存在易導(dǎo)致敏化染料的脫附；（4）

8、在強(qiáng)光下光電流不穩(wěn)定；（5） 除了氧化還原循環(huán)反應(yīng)外，電解質(zhì)還存在不可逆反應(yīng)。這些因素都將導(dǎo)致dssc不穩(wěn)定和使用壽命縮短。上述問(wèn)題的存在嚴(yán)重的制約了染料敏化太陽(yáng)能電池的商業(yè)化發(fā)展。 為了推進(jìn)染料敏化太陽(yáng)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(jī)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(xué)家們發(fā)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)存在許多優(yōu)點(diǎn)，首先它不存在上述液態(tài)電解質(zhì)中存在的各種問(wèn)題，其次固態(tài)電解質(zhì)工藝簡(jiǎn)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(jiǎn)單和可以滿足商業(yè)上多變

9、的形狀設(shè)計(jì)上具有液態(tài)電解質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。其光電轉(zhuǎn)化效率也有了很大的提高。這對(duì)固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展是一個(gè)很大的進(jìn)步?，F(xiàn)如今，人們普遍認(rèn)為，用工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、流動(dòng)性大、封裝困難的液態(tài)電解質(zhì)將是未來(lái)染料敏化太陽(yáng)能電池研究發(fā)展的趨勢(shì)。 3.研究意義染料敏化太陽(yáng)能電池作為一種工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、轉(zhuǎn)化效率高的新型太陽(yáng)能電池，在其發(fā)展過(guò)程中，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)符合其未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。雖然，不斷有科學(xué)家研究用性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、工藝簡(jiǎn)單以及完全可以滿足商業(yè)中對(duì)形狀多樣性要求的固態(tài)電解質(zhì)來(lái)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(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率仍然不高。經(jīng)科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率低，會(huì)阻礙材料中電子空穴對(duì)的傳輸?；诖?，本課題擬采用碘化物作為修飾源，進(jìn)一步研究其對(duì)固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率的影響，并在此基礎(chǔ)上探索不同配比的固態(tài)電解質(zhì)以提高光電轉(zhuǎn)化效率。 基于太陽(yáng)能電池未來(lái)的實(shí)用性，我們希望能在前人的研究基礎(chǔ)上探索出更加高效、實(shí)用的固態(tài)電解質(zhì)，提高其效率。為未來(lái)dssc產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持。 4.參考文獻(xiàn)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

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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(yáng)電池中電解質(zhì)的研究進(jìn)展.化學(xué)通報(bào),2005 ,68 ，w001.7 林紅，莊東填，李鑫，李下溪，李建寶等.染料敏化太陽(yáng)能電池用固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展.科技導(dǎo)報(bào)，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(yáng)能電池的因素.現(xiàn)代化工，2004，019 秦達(dá)，郭曉枝，孫惠成，羅艷紅，孟慶波，李冬梅.染料敏華太陽(yáng)能電池固態(tài)電解質(zhì). 化學(xué)進(jìn)展.2011，z1.10 張耀紅，朱俊，戴松元. 染料敏化太陽(yáng)能電解池用固態(tài)及準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展. 化學(xué)通報(bào).2010,12. 三、

14、項(xiàng)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(lái)修飾光陽(yáng)極和固態(tài)電解質(zhì)的接觸界面，來(lái)提高固態(tài)電解質(zhì)的載流子傳輸能力。 從能級(jí)分布上來(lái)分析，我們得到，tio2半導(dǎo)體的等級(jí)差和固態(tài)電解質(zhì)的能級(jí)差不匹配，碘化物的能級(jí)差正好起到匹配tio2的作用，起到運(yùn)輸載流子的作用。而且碘化物還可以克服有機(jī)物和無(wú)機(jī)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(dǎo)電四、實(shí)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(lái)分析檢測(cè)上述材料的結(jié)構(gòu)特征及性能。并利用正交設(shè)計(jì)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(jī)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(lái)修飾光陽(yáng)極與電解質(zhì)的接觸界面。以提高其導(dǎo)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(dú)特的機(jī)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(yáng)能

16、電池組件來(lái)組裝電池。6.性能測(cè)試，以日本san-ei公司xes-40s1型am1.5太陽(yáng)能模擬器作為光源，利用keithley2400型數(shù)字源表對(duì)所組裝電池i-v特性進(jìn)行了測(cè)試，并記錄它的短路電流（isc）、開路電壓（voc）、填充因子（ff）、光電轉(zhuǎn)換效率（）等重要參數(shù)。時(shí)間安排 本研究課題分為六個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，我們小組計(jì)劃將其分為三個(gè)階段。 第一階段（2013年11月-2014年01月）：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段。對(duì)實(shí)驗(yàn)所需原材料的購(gòu)置，實(shí)驗(yàn)原材料的預(yù)處理，實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備。 第二階段（2014年01月-2014年04月及2014年04月-2014年08月): 實(shí)驗(yàn)開始階段。 01月-04月：利用各種實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)試劑進(jìn)行化學(xué)測(cè)試，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征分析。 04月-08月：實(shí)驗(yàn)配制固體電解質(zhì)，得到實(shí)驗(yàn)成果！ 第三階段：（2014年08月-2014年10月）：實(shí)驗(yàn)結(jié)束階段。完成對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的整理及統(tǒng)計(jì)，寫總結(jié)報(bào)告，發(fā)表論文，申請(qǐng)專利。五、項(xiàng)目研究預(yù)期成果本實(shí)驗(yàn)是立足于理論知識(shí)所做的實(shí)驗(yàn)，一方面它可以為學(xué)生積累豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到鍛煉學(xué)生的目的。另一方面，我們也可以通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)來(lái)找到最佳的制備工藝以更高效率的