磁性纳米材料改性及其对准固态聚合物电解质染料敏化太阳电池电荷传输行为研究

采用NiO，Fe2O3，Fe3O4, Co3O4 等具有磁性的过渡金属氧化物纳米粉体为改性物质，以聚合物电解质中高分子基质为目标对象，以配位化学、分子结构理论、电化学理论为指导，以化学改性为手段，设计制备具有高离子电导和填充性的磁性聚合物电解质，用于准固态染料敏化太阳电池。通过考察该类磁性聚合物电解质的化学改性方法、条件以及与染料敏化太阳电池光电性能的映射关系，研究改性过程磁学、热力学以及电荷传输动力学特征，掌握改性磁性聚合物电解质的离子电导特性以及对电池光阳极的填充行为，为提高准固态染料敏化太阳电池性能参数提供理论依据。本项目申请者及实施团队具有长期从事准固态染料敏化太阳电池研究经验和磁性超细粉体材料利用研究的坚实基础和条件，可保证该项目顺利实施及高质量的完成。该项目的开展，可促进高效固态光电器件技术的开发，推动固态染料敏化太阳电池产业化的步伐。

本项目的开展达到了提高磁性聚合物琼脂糖基太阳能电池光电性能及稳定性的目的；发表文章9篇（SCI/EI 8篇）；培养硕士研究生3名；获得国家授权发明专利2项，较好的完成了项目申请书所承诺的预期目标。项目研究工作主要包括三个方面：（1）盐浓度以及磁性纳米颗粒（Fe3O4、NiO、Co3O4）对琼脂糖基聚合物电解质染料敏化太阳能电池的电化学行为及光电性能的影响；（2）有机小分子改性剂对磁性纳米颗粒在琼脂糖聚合物电解质中分散性、电解质电化学行为以及固态染料敏化太阳能电池光电性能的影响；（3）磁场对磁性纳米颗粒(NiO、Co3O4以及NiO/TiO2混合颗粒）改性琼脂糖聚合物电解质电化学行为、渗透性以及相应染料敏化太阳能电池光电性能及稳定性的影响。取得的主要研究结论如下：.（1）通过改变琼脂糖聚合物电解质盐浓度范围，发现琼脂糖电解质在低盐浓度范围表现出聚合物溶盐的电化学行为，在高于盐浓度下表现出盐溶聚合物的电化学行为。通过研究非磁性纳米颗粒TiO2以及磁性纳米颗粒Fe3O4、NiO、Co3O4等对琼脂糖电解质电化学行为的影响，发现基于NiO纳米粒子改性电解质的固态染料敏化太阳能电池具有更好的光电性能和稳定性（500小时）。.（2）通过研究不同小分子表面活性剂， 聚乙二醇、曲拉通、乙酰丙酮和三者混合的表面活性剂对掺杂有1% (w) Fe3O4的磁性聚合物电解质离子电导率的影响， 发现聚乙二醇的加入可有效提高琼脂糖基磁性聚合物电解质的离子电导率；在其优化其掺杂浓度为61.8% (w)时，琼脂糖电解质具有最佳的离子电导率。通过进一步比较十二烷基苯磺酸，聚乙烯比咯烷酮、聚乙二醇以及吐温80对琼脂糖电导率及形貌的影响发现，吐温80改性磁性聚合物电解质的离子电导率最高，其改性后染料敏化太阳能电池具有最好的光电转化效率。.（3）通过对不同磁性纳米颗粒（NiO、Co3O4）以及TiO2/NiO混合掺杂颗粒改性的琼脂糖基染料敏化太阳能电池施加不同磁场发现，磁场的施加，增加了琼脂糖电解质的电导，同时大大的增加了磁性聚合物电解质对光阳极TiO2膜的渗透能力，最终改善了以磁性聚合物琼脂糖电解质为基的固态染料敏化太阳能电池的界面电荷传输特性以及光电性能。.