離子液體DSSC的性能測試

課題題目：離子液體班級：****姓名：****學號：***********文獻檢索部分在校圖書館檢索到有關“離子液體”的圖書[1]、王軍.離子液體的性能及應用[M].北京.中國紡織出版社.2006[2]、樂長高.離子液體及其在有機合成反應中的應用[M].武漢.華東理工大學出版社.2010[3]、鄧友全.離子液體-性質、制備與應用[M].北京.中國石化出版社.20062、在中國知網檢索到有關“離子液體”文獻[1]王赟,楊亮,高丹.

1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的合成研究[J].廣東化工.2011(09)[2]蘇越,白鳳華.

8-羥基喹啉的高分子化及其Eu(Ⅲ)配合物的制備和表征[J].中國稀土學報.2011(04)[3]王赟,高丹,梁都.

1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的合成研究[J].廣州化工.2011(15)[4]王吉林,王璐璐.

離子液體1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯的制備及其催化酯化反應的性能[J].石油化工.2011(06)[5]王曉玲,王建英,李小云,胡永琪.

離子液體[C2mim]NO3與[C2mim][MetSO4]的熱力學性能研究[J].河北科技大學學報.2011(02)在《重慶維譜數據庫》檢索到有關“離子液體”的文獻[1]曹珊,程寶箴.離子液體在溶解纖維素和蛋白質方面的研究進展[J].中國皮革.2012[2]宮歷雙,高會英,王尚文,孫靜,李標.離子液體應用于燃料油與燃料氣脫硫的研究進展[J].當代化工.2013[3]毛微,李丹東,趙德智,高鵬,岳坤霞.室溫離子液體——一種新型的綠色溶劑與催化劑[J].石油化工高等學校學報.2013在《中國優(yōu)秀碩博學位論文》檢索到有關“離子液體”的文獻：[1]孫智敏.離子液體在燃料油催化氧化脫硫中的應用研究.[D].北京:天津大學.2009[2]王寶祥.功能稀土離子液體的設計合成及性能研究.[D].南京：南京大學.2013[3]陳晗.離子液體催化甲苯與氯代叔丁烷烷基化反應的研究.[D].北京：北京化工大學.20135、檢索到有關“離子液體”有關中國國家標準：[1]GB/T23978-2009.

液體染料.氯離子含量的測定.離子色譜法[S][2]GB/T7196-1987.

用液體萃取測定電氣絕緣材料離子雜質的試驗方法[3]

GB/T7196-2012.

用液體萃取測定電氣絕緣材料離子雜質的試驗方法6、在《中國專利》檢索到有關“離子液體”的文獻：[1]北京大學.氨基酸鹽離子液體及其制備方法:中國，200410009958[P].2004-12-03[2]河北師范大學.一種無毒離子液體、制備方法及其應用:中國，200410064583[P].2004-12-06[3]

華南理工大學.1,3－二酯基咪唑離子液體及其制備方法:中國，200510032681[P].

2005-01-047、《歐洲專利》檢索到有關“離子液體”的文獻：[1]KOENIGAXEL?[DE]STEPANSKIMANFRED?[CH].METHODOFPURIFYINGLONICLIQUIDS[P].US20070310100,2006-09-12[2]BWAMBOKDAVID[US];WARNERISIAHM[US];TESFAIAARON[US].FROZENLONICLIQUIDMICROPARTICLESANDNANOPARTICLES,ANDMETHODSFORTHEIRSYNTHESISANDUSE[P].WO2009082618,2007-12-20[3]BERRYSANDRAL[US];BEALLBRIANB[US].Compositioncontaininglonicliquidclaystabilizersand/orshaleinhibitorsandmethodofusingthesame[P].US20070880726,2007-07-248、在萬方數據庫的會議論文中檢索到有關“離子液體”的文獻[1]周慶祥,高園園.溫度控制離子液體分散液相微萃取富集檢測環(huán)境水樣中PAHs[A].首屆極地及高山地區(qū)持久性有毒污染物學術研討會論文集[C].拉薩.2013[2]

黃望哩,朱文帥,李華明,時花,朱國鵬,劉輝,陳廣英.離子液體中多金屬氧酸鹽離子液體催化氧化深度脫硫

[A]

.第六屆全國化學工程與生物化工年會論文集[C].長沙.2010[3]

劉鳳海,賈國柱.微波頻率下離子液體介電特性[A].第十六屆全國微波能應用學術會議論文集[C].北京.2013“google”或“百度”搜索如以“離子液體”為關鍵詞，查到：[1]笛柏試劑網.綠色化學的有力推動者--離子液體./ArticleShow.php?ArticleID=5150[2]中國化工信息網．咪唑類離子液體合成及其應用研究．/zxzx/[3]中國知網.手性離子液體的合成．/Article/CJFDTotal-YJHU201006007.htm10、檢索外文文獻：《Springer-link》和Sciencedirect外文數據庫檢索到有關“離子液體”的文獻[1]PieroMastrorilli，CosimoFrancescoNobile，VitoGallo，GianPaoloSuranna，RobertoGiannandrea．１３９Rhodium(I)catalysedpolymerizationofphenylacetyleneinlonicliquids．SurfaceScienceandCatalysis［Ｊ］．145,2003,535-536[2]N.F.Uvarov,E.F.Hairetdinov,V.V.Boldyrev．Correlationsbetweenparametersofmeltingandconductivityofsolidloniccompounds．OriginalResearchArticleJournalofSolidStateChemistrｙ［Ｊ］．Volume51,Issue1,1984（６）,59-68[3]G.G.Cameron,M.D.Ingram,G.A.Sorrie．Ionicconductivityinliquidpolymericelectrolytes．JournalofElectroanalyticalChemistryandInterfacialElectrochemistry［Ｊ］．Volume198,Issue1,241986（６）,205-207 離子液體DSSC的性能測試***************（**學院化學工程系*州******）摘要：介紹了離子液體染料敏化太陽能電池（DSSC）的結構和工作原理，并對離子液體染料敏化太陽能電池進行了性能測試分析，探討了不同入射光密度條件對短路電流、開路電壓、填充因子、光電轉換效率的影響，最后敘述了其他測試條件對離子液體DSSC光伏性能測試的影響關鍵字：染料敏化太陽能電池；離子液體；性能測試；入射光密度PerformancetestofionicliquidDSSC**************************************Abstract:Thispaperintroducestheionicliquiddyesensitizedsolarcell(DSSC)ofthestructureandworkingprinciple,andtheionicliquiddyesensitizedsolarbatteryperformancetestanalysis,discussesthedifferentincidentlightdensityconditionofshort-circuitcurrent,opencircuitvoltage,fillfactor,thephotoelectricconversionefficiencyoftheinfluence,theeffectsofothertestconditionsonthephotovoltaicperformanceionicliquidDSSCtestisdescribedatlastKeywords:dyesensitizedsolarbattery;ionicliquid;performancetesting;incidentlightdensity1引言1991年，Gr?tzelM.于Nature上發(fā)表了關于染料敏化納米晶體太陽能電池的文章，以較低的成本得到了大于7%的光電轉化效率[1]，開辟了太陽能電池發(fā)展史上一個嶄新的時代，為利用太陽能提供了一條新的途徑。目前，DSSC的光電轉化效率已能穩(wěn)定在10%[2]以上，據推算壽命能達15～20年，且其制造成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10。離子液體DSSC主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、離子液體電解質、對電極和導電基底等幾部分組成。室溫離子液體具有常溫下不揮發(fā)、無毒、無嗅、低凝固點、高電導率、較好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點。離子液體用作電解質溶劑，具有溶解好、不揮發(fā)、電導率高、電化學窗口寬等優(yōu)點。離子液體完全由離子組成，是非質子溶劑，可以減小溶劑化現象，而且由于具備較強的離子環(huán)境，所以使用離子液體作為染料敏化太陽能電池的電解質可以延長其壽命。離子液體的蒸氣壓很低，可以忽略，即使在較高的溫度和真空下，也會保持相當低的蒸氣壓，原因是室溫離子液體內部存在相當大的庫侖作用力，所以離子液體電解質應用于染料敏化太陽能電池中安全性好。通過設計合適的離子液體電解質，使其粘度小、電導率大、化學窗口寬，這樣離子液體DSSC中離子遷移速率更快，從而提高離子液體DSSC的光電性能?；谝陨蟽?yōu)點，離子液體作為電解質溶劑的DSSC成為近年來的研究熱點[3-5]。不同的測試條件，包括環(huán)境溫度、光譜條件、入射光密度等對離子液體DSSC的性能測試都有一定的影響，研究光源入射光密度對離子液體DSSC的性能影響是本文的重點。2離子液體DSSC的基本結構和工作原理離子液體DSSC主要由納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、離子液體電解質、對電極和導電基底等幾部分組成，其工作原理如圖1所示。納米多孔半導體薄膜通常為金屬氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明導電膜的玻璃板上作為DSSC的負極。對電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導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。正負極間填充的是含有氧化還原對的電解質，最常用的是I3-/I-[6]。離子液體DSSC工作原理：染料分子受太陽光照射后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)①；處于激發(fā)態(tài)的染料分子將電子注入到半導體的導帶中②；電子擴散至導電基底，然后流入外電路中③；處于氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的離子液體電解質還原再生④；氧化態(tài)的離子液體電解質在對電極接受電子后被還原，從而完成一個循環(huán)⑤；⑥和⑦分別為注入到半導體導帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復合及導帶上的電子和氧化態(tài)的離子液體電解質之間的復合[7]。研究結果表明：只有非常靠近半導體薄膜表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到半導體導帶中去，多層敏化劑的吸附反而會阻礙電子運輸；染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結合，最好能化學吸附到電極上；染料分子的光譜響應范圍和量子產率是影響DSSC的光子俘獲量的關鍵因素。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理還不十分清楚，有Weller等的隧穿機理、Lindquist等的擴散模型等，有待于進一步研究[8]。3離子液體DSSC性能測試在實驗室條件下，用LED光源模擬太陽光照射離子液體DSSC進行測試實驗，光源可變光功率密度為0～100mW/cm2，離子液體DSSC的規(guī)格是1.8×1.2cm，有效面積是0.138cm2，液體電解質DHS-E36為穩(wěn)定性電解質體系，3-甲氧基丙腈/離子液體/GuSCN等。光源照射離子液體DSSC進行測試實驗，離子液體DSSC由于受到了光照，產生電子的定向移動，形成電流。3.1測試原理圖圖2所示是離子液體的DSSC測試原理圖。其中電池E為離子液體DSSC，A為電流表，V為電壓表，RV為可變電阻的外界負載。離子液體DSSC在入射光密度為60mW/cm2的光照條件下開始工作，從零到正無窮調節(jié)RV的阻值。當RV的阻值為0時，即為短路，得到短路電流Isc，此時電壓為0；逐漸增大RV的阻值，可以得到一系列電流和電壓的數據；當RV調節(jié)到無窮大時，得到的電流為零，電壓達到最大值，即開路電壓Voc。以獲得的電流電壓數據作圖，即可得I-V特性曲線圖。本實驗中，調節(jié)不同光照的入射光密度，分別得到不同入射光密度條件的短路電流密度Isc、開路電壓Voc、I-V特性曲線圖。通過I-V特性曲線圖可以計算出當前入射光密度條件下的最大輸出功率Pmax=ImaxVmax，可以計算出I-V特性曲線的填充因子，最后使用光功率測量入射到離子液體DSSC的光功率密度Pin，得到能量轉換效率。從以上得到的不同入射光密度條件下的短路電流Isc、開路電壓Voc、填充因子、能量轉換效率數據，可以分別繪制出短路電流隨光照強度變化曲線圖、開路電壓隨入射光密度變化曲線圖、填充因子隨入射光密度變化曲線圖、功率轉化效率隨入射光密度變化曲線圖。3.2測試結果分析3.3光源光強對DSSC測試結果的影響圖4所示是短路電流隨光照強度變化曲線。從圖4中可以看出隨著入射光密度的增大，短路電流密度呈線性增長。這是因為當DSSC的光照密度增加時，短路電流Isc與染料的電子向TiO2導帶注入電子的速率成正比。圖7所示是其功率轉化效率隨入射光密度變化曲線。從圖7中可以看出，隨著入射光密度的增大，轉換效率先增大后減小，呈非線性變化，約在70mW/cm2達到最大值。這是因為DSSC屬于弱光電池，在弱光條件下被激發(fā)的染料分子數少，I3-/I-離子的傳輸足夠還原被太陽光激發(fā)的染料分子，而當光強增大時被激發(fā)的染料分子數增多，I3-/I-離子的傳輸速率不能滿足染料分子再生速率，從而影響到電池效率的提高[11]。4結語離子液體DSSC的短路電流密度隨著入射光密度的增大呈線性增長，離子液體DSSC的開路電壓隨著入射光密度的增大呈線性增長，離子液體DSSC的填充因子在入射光密度為60～80mW/cm2范圍內達到最大值，離子液體DSSC的轉換效率在入射光密度為70mW/cm2時達到最大值。事實上，不同的測試條件，如環(huán)境溫度、光譜條件、入射光密度等對離子液體DSSC的性能測試都有一定的影響，而環(huán)境溫度、光譜條件對離子液體DSSC的性能測試有待進一步研究。致謝：非常感謝***老師的悉心指導參考文獻[1]O'REGANB，GRATZELM.Alow-cost，high-efficiencysolarcellbasedondye-sensitizedcolbidalTiO2films[J].Nature，1991，353（4）：737-739.[2]GRATZELM.Conversionofsunlighttoelectricpowerbyna