注册 English

电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

戴玉华 ,  栗晓杰 ,  方艳艳 ,  史秋飞 ,  林原 ,  杨明山

downloadPDF
引用本文: 戴玉华, 栗晓杰, 方艳艳, 史秋飞, 林原, 杨明山. 电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201206191 shu
Citation:  DAI Yu-Hua, LI Xiao-Jie, FANG Yan-Yan, SHI Qiu-Fei, LIN Yuan, YANG Ming-Shan. Influence of Polymer Gel Electrolyte on the Performance of Dye-Sensitized Solar Cells Analyzed by Electrochemical Impedance Spectroscopy[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201206191 shu

电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51103013) (51103013)

    北京市教育委员会科技计划(KM201110017007) (KM201110017007)

    北京市属高等学校人才强教计划(PHR201108359)资助项目 (PHR201108359)

摘要:

用甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物P(MMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质, 用电化学阻抗谱(EIS)研究了聚合物凝胶电解质中聚合物基质的结构与组成对准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)光伏性能的影响. 不同交联剂用量、不同HEMA用量的P(HEMA-NVP)共聚物及不同MMA用量的P(MMA-NVP)吸收液态电解质后分别形成HGelI、HGelII、MGel凝胶电解质. 结果发现, 随共聚物P(HEMA-NVP)中交联剂由0.1%(w, 下同)增大到0.6%时, 形成的HGelI 组装的DSSCs的光电转化效率(η)先增大后降低, 交联剂用量为0.4%时, DSSCs的η为最大, 为5.54%(光强100 mW·cm-2). 同时, 比较HGelII 系列和MGel 系列DSSCs的光电性能参数发现, 含有羟基的HGel 系列的η要高于MGel 系列, 而后者的开路电压(Voc)值高于前者. 在HGelII 系列中, HEMA含量为60%(w)时, DSSCs的η最高. 电化学阻抗谱分析表明共聚物中交联结构的不同影响了电池内部的界面阻抗及离子的传输, 引入羟基有利于降低界面阻抗. 通过调整共聚物中交联剂用量和羟基含量可改善DSSCs的光伏性能.

English

    1. [1]

      (1) O'Regan, B.; Gräzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

      (1) O'Regan, B.; Gräzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

    2. [2]

      (2) Kang, M. S.; Kim, J. H.;Won, J.; Kang, Y. S. J. Phys. Chem. C2007, 111, 5222. doi: 10.1021/jp067621k(2) Kang, M. S.; Kim, J. H.;Won, J.; Kang, Y. S. J. Phys. Chem. C2007, 111, 5222. doi: 10.1021/jp067621k

    3. [3]

      (3) Shi, J. F.; Xu, G.; Miao, L.; Xu, X. Q. Acta Phys. -Chim. Sin.2011, 27, 1287. [史继富, 徐刚, 苗蕾, 徐雪青. 物理化学学报, 2011, 27, 1287.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110603(3) Shi, J. F.; Xu, G.; Miao, L.; Xu, X. Q. Acta Phys. -Chim. Sin.2011, 27, 1287. [史继富, 徐刚, 苗蕾, 徐雪青. 物理化学学报, 2011, 27, 1287.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110603

    4. [4]

      (4) Lee, B.; Buchholz, D. B.; Guo, P. J.; Hwang, D. K.; Chang, R. P.H. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9787. doi: 10.1021/jp201555n(4) Lee, B.; Buchholz, D. B.; Guo, P. J.; Hwang, D. K.; Chang, R. P.H. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9787. doi: 10.1021/jp201555n

    5. [5]

      (5) Lim, S. J.; Choi, Y. J.; Song, K. S.; Kim, D.W. Electrochem. Commun. 2011, 13, 1281.(5) Lim, S. J.; Choi, Y. J.; Song, K. S.; Kim, D.W. Electrochem. Commun. 2011, 13, 1281.

    6. [6]

      (6) Liang, M.; Xu, Y. J.;Wang, X. D.; Liu, X. J.; Sun, Z.; Xue, S.Acta Chim. Sin. 2011, 69, 2092. [梁茂, 徐英军, 王旭达,刘秀杰, 孙喆, 薛松. 化学学报, 2011, 69, 2092.](6) Liang, M.; Xu, Y. J.;Wang, X. D.; Liu, X. J.; Sun, Z.; Xue, S.Acta Chim. Sin. 2011, 69, 2092. [梁茂, 徐英军, 王旭达,刘秀杰, 孙喆, 薛松. 化学学报, 2011, 69, 2092.]

    7. [7]

      (7) Qin, D.; Guo X. Z.; Sun, H. C.; Luo, Y. H.; Meng, Q. B.; Li, D.M. Progress in Chemistry 2011, 23, 557. [秦达, 郭晓枝,孙惠成, 罗艳红, 孟庆波, 李冬梅. 化学进展, 2011, 23, 557.](7) Qin, D.; Guo X. Z.; Sun, H. C.; Luo, Y. H.; Meng, Q. B.; Li, D.M. Progress in Chemistry 2011, 23, 557. [秦达, 郭晓枝,孙惠成, 罗艳红, 孟庆波, 李冬梅. 化学进展, 2011, 23, 557.]

    8. [8]

      (8) Yin, X.; Tan,W.W.; Xiang,W. C.; Lin, Y.; Zhang, J. B.; Xiao,X. R.; Li, X. P.; Zhou, X.W.; Fang, S. B. Electrochim. Acta2010, 55, 5803. doi: 10.1016/j.electacta.2010.05.026(8) Yin, X.; Tan,W.W.; Xiang,W. C.; Lin, Y.; Zhang, J. B.; Xiao,X. R.; Li, X. P.; Zhou, X.W.; Fang, S. B. Electrochim. Acta2010, 55, 5803. doi: 10.1016/j.electacta.2010.05.026

    9. [9]

      (9) Zhang, Y. X.; Huo, Z. P.; Zhang, C. N.; Dai, S. Y. Acta Chim. Sin. 2009, 67, 2253. [张玉香, 霍志鹏, 张昌能, 戴松元.化学学报, 2009, 67, 2253.](9) Zhang, Y. X.; Huo, Z. P.; Zhang, C. N.; Dai, S. Y. Acta Chim. Sin. 2009, 67, 2253. [张玉香, 霍志鹏, 张昌能, 戴松元.化学学报, 2009, 67, 2253.]

    10. [10]

      (10) Lee, H. S.; Han, C. H.; Sung, Y. M.; Sekhon, S. S.; Kim, K. J.Curr. Appl. Phys. 2011, 11, S158.(10) Lee, H. S.; Han, C. H.; Sung, Y. M.; Sekhon, S. S.; Kim, K. J.Curr. Appl. Phys. 2011, 11, S158.

    11. [11]

      (11) Lim, S. J.; Kang, Y. S.; Kim, D.W. Electrochim. Acta 2011, 56,2031. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.027(11) Lim, S. J.; Kang, Y. S.; Kim, D.W. Electrochim. Acta 2011, 56,2031. doi: 10.1016/j.electacta.2010.12.027

    12. [12]

      (12) Wu, J. H.; Hao, S. C.; Lan, Z.; Lin, J. M.; Huang, M. L.; Huang,Y. F.; Fang, L. Q.; Yin, S.; Sato, T. Adv. Funct. Mater. 2007, 17,2645. doi: 10.1002/adfm.200600621(12) Wu, J. H.; Hao, S. C.; Lan, Z.; Lin, J. M.; Huang, M. L.; Huang,Y. F.; Fang, L. Q.; Yin, S.; Sato, T. Adv. Funct. Mater. 2007, 17,2645. doi: 10.1002/adfm.200600621

    13. [13]

      (13) Wu, J. H.; Lan, Z.; Lin, J. M.; Huang, M. L.; Hao, S. C.; Sato,T.; Yin, S. Adv. Mater. 2007, 19, 4006. doi: 10.1002/adma.200602886(13) Wu, J. H.; Lan, Z.; Lin, J. M.; Huang, M. L.; Hao, S. C.; Sato,T.; Yin, S. Adv. Mater. 2007, 19, 4006. doi: 10.1002/adma.200602886

    14. [14]

      (14) Schlichthörl, G.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B1997, 101, 8841.(14) Schlichthörl, G.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B1997, 101, 8841.

    15. [15]

      (15) Schlichthörl, G.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B1999, 103, 782.(15) Schlichthörl, G.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B1999, 103, 782.

    16. [16]

      (16) Duffy, N.W.; Peter, L. M.; Rajapakse, R. M. G.;Wijayantha, K.G. U. Electrochem. Commun. 2000, 2, 658. doi: 10.1016/S1388-2481(00)00097-7(16) Duffy, N.W.; Peter, L. M.; Rajapakse, R. M. G.;Wijayantha, K.G. U. Electrochem. Commun. 2000, 2, 658. doi: 10.1016/S1388-2481(00)00097-7

    17. [17]

      (17) Boschloo, G.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 12093.doi: 10.1021/jp0513770(17) Boschloo, G.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 12093.doi: 10.1021/jp0513770

    18. [18]

      (18) Boschloo, G.; Haggman, L.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B2006, 110, 13144. doi: 10.1021/jp0619641(18) Boschloo, G.; Haggman, L.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B2006, 110, 13144. doi: 10.1021/jp0619641

    19. [19]

      (19) van de Lagemaat, J.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B2000, 104, 2044. doi: 10.1021/jp993172v(19) van de Lagemaat, J.; Park, N. G.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B2000, 104, 2044. doi: 10.1021/jp993172v

    20. [20]

      (20) Adachi, M.; Sakamoto, M.; Jiu, J. T.; Ogata, Y.; Isoda, S.J. Phys. Chem. B 2006, 110, 13872. doi: 10.1021/jp061693u(20) Adachi, M.; Sakamoto, M.; Jiu, J. T.; Ogata, Y.; Isoda, S.J. Phys. Chem. B 2006, 110, 13872. doi: 10.1021/jp061693u

    21. [21]

      (21) Wang, Q.; Ito, S.; Grätzel, M.; Fabregat-Santia , F.; Mora-Seró, I.; Bisquert, J.; Bessho, T.; Imai, H. J. Phys. Chem. B2006, 110, 25210. doi: 10.1021/jp064256o(21) Wang, Q.; Ito, S.; Grätzel, M.; Fabregat-Santia , F.; Mora-Seró, I.; Bisquert, J.; Bessho, T.; Imai, H. J. Phys. Chem. B2006, 110, 25210. doi: 10.1021/jp064256o

    22. [22]

      (22) Wang, Q.; Moser, J. E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109,14945. doi: 10.1021/jp052768h(22) Wang, Q.; Moser, J. E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109,14945. doi: 10.1021/jp052768h

    23. [23]

      (23) Hauch, A.; Georg, A. Electrochim. Acta 2001, 46, 3457. doi: 10.1016/S0013-4686(01)00540-0(23) Hauch, A.; Georg, A. Electrochim. Acta 2001, 46, 3457. doi: 10.1016/S0013-4686(01)00540-0

    24. [24]

      (24) Han, L. Y.; Koide, N.; Chiba, Y.; Islam, A.; Mitate, T. C. R. Chimie 2006, 9, 645. doi: 10.1016/j.crci.2005.02.046(24) Han, L. Y.; Koide, N.; Chiba, Y.; Islam, A.; Mitate, T. C. R. Chimie 2006, 9, 645. doi: 10.1016/j.crci.2005.02.046

    25. [25]

      (25) Gao, R.; Ma, B. B.;Wang, L. D.; Shi, Y. T.; Dong, H. P.; Qiu, Y.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 413. [高瑞, 马蓓蓓, 王立铎, 史彦涛, 董豪鹏, 邱勇. 物理化学学报, 2011, 27, 413.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20110234(25) Gao, R.; Ma, B. B.;Wang, L. D.; Shi, Y. T.; Dong, H. P.; Qiu, Y.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 413. [高瑞, 马蓓蓓, 王立铎, 史彦涛, 董豪鹏, 邱勇. 物理化学学报, 2011, 27, 413.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20110234

    26. [26]

      (26) Wang,W. L.; Lin, H.; Zhang, L. Z.; Lin, X.; Cui, B.; Li, J. B.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1249. [汪文立, 林红, 张罗正, 李鑫, 崔柏, 李建保. 物理化学学报, 2010, 26, 1249.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100505(26) Wang,W. L.; Lin, H.; Zhang, L. Z.; Lin, X.; Cui, B.; Li, J. B.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 1249. [汪文立, 林红, 张罗正, 李鑫, 崔柏, 李建保. 物理化学学报, 2010, 26, 1249.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100505

    27. [27]

      (27) Benedetti, J. E.; ncalves, A. D.; Formiga, A. L. B.; De Paolo,M. A.; Li, X.; Durrant, J. R.; Nogueira, A. F. J. Power Sources2010, 195, 1246. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.09.008(27) Benedetti, J. E.; ncalves, A. D.; Formiga, A. L. B.; De Paolo,M. A.; Li, X.; Durrant, J. R.; Nogueira, A. F. J. Power Sources2010, 195, 1246. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.09.008

    28. [28]

      (28) Toshikawa, T.; Ikebe, T.; Kikuchi, R.; Eguchi, K. Electrochim. Acta 2006, 51, 5286. doi: 10.1016/j.electacta.2006.01.053(28) Toshikawa, T.; Ikebe, T.; Kikuchi, R.; Eguchi, K. Electrochim. Acta 2006, 51, 5286. doi: 10.1016/j.electacta.2006.01.053

    29. [29]

      (29) Lim, S. J.; Kang, Y. S.; Kim, D.W. Electrochem. Commun.2010, 12, 1037. doi: 10.1016/j.elecom.2010.05.018(29) Lim, S. J.; Kang, Y. S.; Kim, D.W. Electrochem. Commun.2010, 12, 1037. doi: 10.1016/j.elecom.2010.05.018

    30. [30]

      (30) Lai, Y. H.; Lin, C. Y.; Chen, J. G.;Wang, C. C.; Huang, K. C.;Liu, K. Y.; Lin, K. F.; Lin, J. J.; Ho, K. C. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 668. doi: 10.1016/j.solmat.2009.11.027(30) Lai, Y. H.; Lin, C. Y.; Chen, J. G.;Wang, C. C.; Huang, K. C.;Liu, K. Y.; Lin, K. F.; Lin, J. J.; Ho, K. C. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 668. doi: 10.1016/j.solmat.2009.11.027

    31. [31]

      (31) Lai, Y. H.; Chiu, C.W.; Chen, J. G.;Wang, C. C.; Lin, J. J.; Lin,K. F.; Ho, K. C. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009, 93, 1860.doi: 10.1016/j.solmat.2009.06.027(31) Lai, Y. H.; Chiu, C.W.; Chen, J. G.;Wang, C. C.; Lin, J. J.; Lin,K. F.; Ho, K. C. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009, 93, 1860.doi: 10.1016/j.solmat.2009.06.027

    32. [32]

      (32) Patel, R.; Seo, J. A.; Koh, J. H.; Kim, J. H.; Kang, Y. S.J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 2011, 217, 169. doi: 10.1016/j.jphotochem.2010.10.005(32) Patel, R.; Seo, J. A.; Koh, J. H.; Kim, J. H.; Kang, Y. S.J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 2011, 217, 169. doi: 10.1016/j.jphotochem.2010.10.005

    33. [33]

      (33) Zhang, Y. G.; Zhao, J.; Sun, B. Q.; Chen, X. J.; Li, Q.; Qiu, L.H.; Yan, F. Electrochim. Acta 2012, 61, 185.(33) Zhang, Y. G.; Zhao, J.; Sun, B. Q.; Chen, X. J.; Li, Q.; Qiu, L.H.; Yan, F. Electrochim. Acta 2012, 61, 185.

    34. [34]

      (34) Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I.; Humphry-Baker, R.;Mueller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382. doi: 10.1021/ja00067a063

      (34) Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I.; Humphry-Baker, R.;Mueller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382. doi: 10.1021/ja00067a063

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  1003
  • 文章访问数:  3023
  • HTML全文浏览量:  114
文章相关
  • 发布日期:  2012-10-17
  • 收稿日期:  2012-04-06
  • 网络出版日期:  2012-06-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net