高效全固态染料敏化太阳能电池纳米复合聚合物电解质的研究

针对全固态染料敏化太阳能电池中聚合物电解质研究的关键问题，采用在低Tg、高极性聚合物中引入粘弹性聚合物及与表面修饰的纳米无机粒子复合的方法，提高全固态聚合物电解质的电荷传输性能及其与电极之间的界面性能，通过合成新型表面修饰剂将功能基团或聚合物链段引入纳米粒子表面，提高纳米无机粒子与聚合物电解质间的相容性，并赋予复合电解质在提高染料敏化电池光电压、减少暗电流等方面的功能。研究纳米粒子的表面修饰、纳米粒子复合、粘弹性聚合物的共混等对复合聚合物电解质的微观结构、导电性、离子扩散系数、与电极间界面接触的影响，阐明电解质结构与电池光电转换性能之间的关系，优化纳米复合聚合物电解质的组成，提高全固态纳米复合聚合物电解质性能，获得高效全固态染料敏化太阳能电池，促进染料敏化太阳能电池的实用化，并提出染料敏化太阳能电池复合电解质中纳米粒子与聚合物以及氧化还原离子之间的相互作用机制。

（1）用表面活性剂月桂酸对TiO2纳米粒子进行表面改性修饰, 纳米粒子掺杂提高了电池光电转换效率，月桂酸表面修饰纳米复合电解质组装全固态染料敏化太阳能电池效率达到3.26%，相对于纯PEO电解质电池提高了一倍。.（2）将含环氧基团的粘弹性聚合物乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)用为纳米粒子SiO2表面修饰剂，应用于PMMA/PVAc共混聚合物电解质体系，制备全固态染料敏化太阳能电池。添加SiO2纳米粒子电池光电转换效率2.25%，添加改性SiO2纳米粒子时电池光电转换效率3.04%。.（3）合成了低分子量侧链带有聚氧化乙烯氧化丙烯短链的聚硅氧烷OEA，并与PEO共混制备全固态电解质及固态染料敏化太阳能电池。XRD证实少量OEA加入PEO中使PEO在某一方向优先排列结晶，红外谱图说明OEA和聚氧化乙烯之间有氢键作用，聚氧化乙烯的定向结晶以及它与聚硅氧烷的氢键有利于电解质提供规整的离子通道，提高电池性能。.（4）将改性SiO2纳米粒子加入OEA/PEO电解质体系，制备固态染料敏化太阳能电池。SiO2纳米粒子添加量为1%时，电池取得最高光电转换效率3.14%。而改性SiO2纳米粒子的加入破坏了OEA/PEO电解质体系内有序存在的离子通道，引起电池光电性能的下降。说明改性纳米粒子的应用与聚合物体系有关。.（5）采用水热法制备出一维棒状锐钛矿型TiO2晶体。将此TiO2晶体作为掺杂离子应用于粘弹性Poly(ether urethane) 与PEO共混聚合物固态电解质中，发现纳米晶体的形貌与尺寸对掺杂复合固态电解质电池的性能有影响。将该棒状TiO2晶体应用于光阳极，研究适合于固态染料敏化电池的光阳极结构。.（6）制备了纳米粒子复合的离子液体固态电解质，分别研究了羧基官能团和氨基官能团改性的SiO2纳米粒子表面修饰前后、纳米粒子复合前后电解质中活性离子的扩散系数以及电池光电特性参数的变化，分析了表面修饰官能团与电解质以及电池性能之间的相互作用。固态电解质电导率达到1X 10-3Scm-1，固态电池效率达到6%。.（7）对空穴掺杂全固态电解质进行了研究。