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近年来,绿色溶剂的离子液体具有诸多优良特性,如饱和蒸汽压小、良好的热稳定性、不易燃、高电导率以及较宽的电化学窗口等,越来越受到人们的关注。其中1,3-二烷基咪唑类离子液体由于黏度较低,易于合成及不易与水反应等优点而尤其受到关注。将离子液体应用于染料敏化太阳电池(DSCs),作为纯溶剂或碘离子的载体,有助于降低电解质的蒸汽压,简化电池制备工艺,提高电池的长期稳定性。
本文探讨了两种二烷基咪唑类离子液体的合成,分离及提纯,探索了合成的工艺及条件,为大规模工业化生产打下基础。采用超微电极应用循环伏安法及电化学阻抗谱的方法研究了I3/Γ在离子液体基DSCs中的氧化还原性能及温度对其的影响,在测量阳极或阴极稳态电流的基础上计算了I3-和Γ在这些溶液中的表观扩散系数,明确了非水溶液中I3-/Γ的氧化还原行为,以及I3-的质量传输控制过程对太阳电池光伏性能(Jsc、Voc、FF、η)的影响。首次在本领域内采用光子相关光谱测量了TiO2薄膜的粒径分布并揭示了粒径分布对离子液体基太阳电池光伏性能的影响,得到窄的粒径分布有利于电子在膜内的传输及薄膜层与层之间的电学接触的结论。采用TiCl4及小分子酸优化处理TiO2以提高电池的效率。最后,本文设计了一种全新的准固态离子液体电解质,对其固化机理作了阐述,并测量了采用新型准固态离子液体电解质制备的DSCs的效率,这种新型电解质对TiO2的渗透性强,工作物质扩散速率高,组分简单,易于制备,利于大规模工业化生产,电池效率的测试证明这种电解质的性能优于常用的离子液体电解质。