新型光/热引发不可逆凝胶电解质体系的构筑及其光伏器件性能研究

To improve the inferior penetration of the electrode, low conductivity or poor mechanical property of the thermally reversible gel electrolytes including the thermoplastic polymer electrolytes or the conventional gel electrolytyes based on the low molecular mass organogelator, the heat-setting polymer electrolytes are prepared by the photo-heat co-setting in situ polymerization, which can promote electrolytes filling and ion migration, Moreover, the thermal stable thermosetting irreversible gel electrolytes based on the multiple low molecular mass organogelator are designed and prepared. The kinetic processes of the electron transport and recombination in the electrolyte and interfaces of the corresponding quasi-solid-state DSSCs are analyzed in detail. Furthermore, the influence mechanism of the microscopic 3D network structures on the photoelectric conversion efficiency and long-term stability of DSSCs are investigated. Finally, the solar cell with high efficiency and excellent stability are assembled.

针对热可逆凝胶电解质体系中，热塑型聚合物凝胶电解质电极浸润性差、电导率低，以及传统小分子凝胶电解质存在微观结构不易调控、机械性能弱，且随外界温度升高，凝胶态易瓦解，使电池稳定性降低的关键问题，构筑制备工艺简单，且具有良好电极界面浸润性、高电导率的光热双引发原位聚合的热固型聚合物凝胶电解质体系，以及具有较高机械强度和热稳定性的多元热引发小分子不可逆凝胶电解质体系。详细分析凝胶电解质内部以及界面处的电荷输运和复合动力学过程，研究基于此类不可逆凝胶电解质体系的准固态染料敏化太阳电池的光、热稳定性，阐明此类不可逆凝胶体系机械性能、本征稳定性以及微观形貌对电池光伏性能及寿命的影响规律和机制，从而获得高效、稳定的电池器件。

染料敏化太阳电池（DSSC）因工艺简单、低成本、高光电转换效率等而备受关注。电解质作为DSSC核心部分，影响电池的光电性能与稳定性。目前液态DSSC效率已超过14%，但液态电解质溶剂易泄露、挥发，导致器件难封装、短寿命，限制了DSSC的工业化进程。本项目制备了一系列准固态电解质，对材料的微观结构、机械性能与器件的性能之间的构效关系进行详细研究：.1. N,N’-1,3-丙二基双月桂酰胺作为凝胶剂，己二胺、己二酸为共凝胶剂，制备了两种超分子凝胶电解质。用调制光电压/光电流谱、循环伏安法与电化学阻抗谱研究了不同准固态电解质中酸/碱对器件中电子传输与复合动力学过程的影响。结果表明，在己二胺作为共凝胶剂的超分子凝胶电解质中，由于Li+与凝胶剂中的酰胺基团相互作用，降低了Li+在TiO2薄膜上的吸附，使TiO2导带边负移，有助于器件的开路电压的提升。而己二酸电离产生的H+可吸附于TiO2表面，使TiO2的导带边位置正移，加大了电子注入动力，提高准固态DSSC的短路电流，并最终获得了5.89%的光电转换效率（PCE），略高于对应液态DSSC的（5.82%）。并且，基于两种超分子凝胶电解质的准固态DSSC均表现出良好的稳定性。.2. Fe3+与均苯三甲酸，通过配位作用，制备出一种新型的Fe-TMA金属凝胶电解质。该金属凝胶微观结构呈现多孔疏松状结构，利于电解质中离子的扩散。同时，随着所吸附液态电解质浓度的增加，TiO2导带边先负移后正移，而电子复合程度也先减弱后加剧。最终，通过优化电解质的浓度，准固态DSSC的PCE为5.31%。.3. 聚乙烯醇肉桂酸酯作为聚合物单体，2-羟基-2-甲基苯丙酮作为光引发剂，制备出一种工艺简单、固化迅速、溶胀率高的紫外光引发聚合物凝胶。该聚合物呈现多孔的微观结构,利于电解质中离子的扩散，且聚合物的起始降解温度高达130 ℃，可抑制器件运行过程中溶剂的挥发，从而使得准固态电池在加速老化过程中表现良好的稳定性。且该聚合物电解质不会对准固态DSSC中染料的再生能力产生副作用，能够保持原有器件的光伏性能，是一个有应用前景的热不可逆凝胶电解质体系。