離子液體DSSC的性能測試

課題題目：離子液體班級(jí)：****姓名：****學(xué)號(hào)：***********文獻(xiàn)檢索部分在校圖書館檢索到有關(guān)“離子液體”的圖書[1]、王軍.離子液體的性能及應(yīng)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(jī)合成反應(yīng)中的應(yīng)用[M].武漢.華東理工大學(xué)出版社.2010[3]、鄧友全.離子液體-性質(zhì)、制備與應(yīng)用[M].北京.中國石化出版社.20062、在中國知網(wǎng)檢索到有關(guān)“離子液體”文獻(xiàn)[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(xué)報(bào).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(yīng)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(xué)性能研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào).2011(02)在《重慶維譜數(shù)據(jù)庫》檢索到有關(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)[1]曹珊,程寶箴.離子液體在溶解纖維素和蛋白質(zhì)方面的研究進(jìn)展[J].中國皮革.2012[2]宮歷雙,高會(huì)英,王尚文,孫靜,李標(biāo).離子液體應(yīng)用于燃料油與燃料氣脫硫的研究進(jìn)展[J].當(dāng)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(xué)校學(xué)報(bào).2013在《中國優(yōu)秀碩博學(xué)位論文》檢索到有關(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)：[1]孫智敏.離子液體在燃料油催化氧化脫硫中的應(yīng)用研究.[D].北京:天津大學(xué).2009[2]王寶祥.功能稀土離子液體的設(shè)計(jì)合成及性能研究.[D].南京：南京大學(xué).2013[3]陳晗.離子液體催化甲苯與氯代叔丁烷烷基化反應(yīng)的研究.[D].北京：北京化工大學(xué).20135、檢索到有關(guān)“離子液體”有關(guān)中國國家標(biāo)準(zhǔn)：[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(zhì)的試驗(yàn)方法[3]

GB/T7196-2012.

用液體萃取測定電氣絕緣材料離子雜質(zhì)的試驗(yàn)方法6、在《中國專利》檢索到有關(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)：[1]北京大學(xué).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(xué).一種無毒離子液體、制備方法及其應(yīng)用:中國，200410064583[P].2004-12-06[3]

華南理工大學(xué).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(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)：[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(shù)據(jù)庫的會(huì)議論文中檢索到有關(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)[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(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].拉薩.2013[2]

黃望哩,朱文帥,李華明,時(shí)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(xué)工程與生物化工年會(huì)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(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京.2013“google”或“百度”搜索如以“離子液體”為關(guān)鍵詞，查到：[1]笛柏試劑網(wǎng).綠色化學(xué)的有力推動(dòng)者--離子液體./ArticleShow.php?ArticleID=5150[2]中國化工信息網(wǎng)．咪唑類離子液體合成及其應(yīng)用研究．/zxzx/[3]中國知網(wǎng).手性離子液體的合成．/Article/CJFDTotal-YJHU201006007.htm10、檢索外文文獻(xiàn)：《Springer-link》和Sciencedirect外文數(shù)據(jù)庫檢索到有關(guān)“離子液體”的文獻(xiàn)[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(xué)院化學(xué)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(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)離子液體染料敏化太陽能電池進(jìn)行了性能測試分析，探討了不同入射光密度條件對(duì)短路電流、開路電壓、填充因子、光電轉(zhuǎn)換效率的影響，最后敘述了其他測試條件對(duì)離子液體DSSC光伏性能測試的影響關(guān)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(guān)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(zhuǎn)化效率[1]，開辟了太陽能電池發(fā)展史上一個(gè)嶄新的時(shí)代，為利用太陽能提供了一條新的途徑。目前，DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率已能穩(wěn)定在10%[2]以上，據(jù)推算壽命能達(dá)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(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、離子液體電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)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(diǎn)、高電導(dǎo)率、較好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。離子液體用作電解質(zhì)溶劑，具有溶解好、不揮發(fā)、電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)。離子液體完全由離子組成，是非質(zhì)子溶劑，可以減小溶劑化現(xiàn)象，而且由于具備較強(qiáng)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(zhì)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(huì)保持相當(dāng)?shù)偷恼魵鈮?，原因是室溫離子液體內(nèi)部存在相當(dāng)大的庫侖作用力，所以離子液體電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中安全性好。通過設(shè)計(jì)合適的離子液體電解質(zhì)，使其粘度小、電導(dǎo)率大、化學(xué)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(diǎn)，離子液體作為電解質(zhì)溶劑的DSSC成為近年來的研究熱點(diǎn)[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(duì)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(duì)離子液體DSSC的性能影響是本文的重點(diǎn)。2離子液體DSSC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理離子液體DSSC主要由納米多孔半導(dǎo)體薄膜、染料敏化劑、離子液體電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)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(dǎo)體薄膜通常為金屬氧化物（TiO2、SnO2、ZnO等），聚集在有透明導(dǎo)電膜的玻璃板上作為DSSC的負(fù)極。對(duì)電極作為還原催化劑，通常在帶有透明導(dǎo)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(fù)極間填充的是含有氧化還原對(duì)的電解質(zhì)，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(dǎo)體的導(dǎo)帶中②；電子擴(kuò)散至導(dǎo)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(zhì)還原再生④；氧化態(tài)的離子液體電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子后被還原，從而完成一個(gè)循環(huán)⑤；⑥和⑦分別為注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子和氧化態(tài)染料間的復(fù)合及導(dǎo)帶上的電子和氧化態(tài)的離子液體電解質(zhì)之間的復(fù)合[7]。研究結(jié)果表明：只有非常靠近半導(dǎo)體薄膜表面的敏化劑分子才能順利把電子注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中去，多層敏化劑的吸附反而會(huì)阻礙電子運(yùn)輸；染料色激發(fā)態(tài)壽命很短，必須與電極緊密結(jié)合，最好能化學(xué)吸附到電極上；染料分子的光譜響應(yīng)范圍和量子產(chǎn)率是影響DSSC的光子俘獲量的關(guān)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(jī)理還不十分清楚，有Weller等的隧穿機(jī)理、Lindquist等的擴(kuò)散模型等，有待于進(jìn)一步研究[8]。3離子液體DSSC性能測試在實(shí)驗(yàn)室條件下，用LED光源模擬太陽光照射離子液體DSSC進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，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(zhì)DHS-E36為穩(wěn)定性電解質(zhì)體系，3-甲氧基丙腈/離子液體/GuSCN等。光源照射離子液體DSSC進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，離子液體DSSC由于受到了光照，產(chǎn)生電子的定向移動(dòng)，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(fù)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(diào)節(jié)RV的阻值。當(dāng)RV的阻值為0時(shí)，即為短路，得到短路電流Isc，此時(shí)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(shù)據(jù)；當(dāng)RV調(diào)節(jié)到無窮大時(shí)，得到的電流為零，電壓達(dá)到最大值，即開路電壓Voc。以獲得的電流電壓數(shù)據(jù)作圖，即可得I-V特性曲線圖。本實(shí)驗(yàn)中，調(diào)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(jì)算出當(dāng)前入射光密度條件下的最大輸出功率Pmax=ImaxVmax，可以計(jì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率數(shù)據(jù)，可以分別繪制出短路電流隨光照強(qiáng)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(zhuǎn)化效率隨入射光密度變化曲線圖。3.2測試結(jié)果分析3.3光源光強(qiáng)對(duì)DSSC測試結(jié)果的影響圖4所示是短路電流隨光照強(qiáng)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?yàn)楫?dāng)DSSC的光照密度增加時(shí)，短路電流Isc與染料的電子向TiO2導(dǎo)帶注入電子的速率成正比。圖7所示是其功率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換效率先增大后減小，呈非線性變化，約在70mW/cm2達(dá)到最大值。這是因?yàn)镈SSC屬于弱光電池，在弱光條件下被激發(fā)的染料分子數(shù)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(dāng)光強(qiáng)增大時(shí)被激發(fā)的染料分子數(shù)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(jié)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(nèi)達(dá)到最大值，離子液體DSSC的轉(zhuǎn)換效率在入射光密度為70mW/cm2時(shí)達(dá)到最大值。事實(shí)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(duì)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(duì)離子液體DSSC的性能測試有待進(jìn)一步研究。致謝：非常感謝***老師的悉心指導(dǎo)參考文獻(xiàn)[1]O'REGANB，GRATZELM.Alow-cost，high-efficiencysolarcellbasedondye-sensitizedcolbidalTiO2films[J].Nature，1991，353（4）：737-739.[2]GRATZELM.Conversionofsunlighttoelectricpowerbyna