创新项目结题答辩

1. 创新项目结题答辩 题 目：原位光电聚合法制作基于PEDOT的固态 染料敏化太阳电池研究 答 辩 人：李龙斌 指导教师：匡代彬 教授

2. 大纲： 选题背景 研究思路与实验方法 实验结果与讨论 总结与展望 致谢

3. 染料敏化太阳电池？ 染料敏化：指某些染料吸附到宽禁带半导体时，利用染料对可见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区,这种现象称为半导体的染料敏化作用

4. 传统的染料敏化太阳电池（Dye-sensitized solar cell, DSSC)虽然光电转换效率高，但因使用液态电解质而存在易泄漏、失效快等缺点。人们因而发展出使用固态电解质的DSSC。 目前固态DSSC的效率相较液态DSSC仍低得多，固态电解质较低的电导率和对染料吸附层较低的填充度是限制效率的主要因素。

5. PEDOT: Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)，聚乙撑二氧噻吩，是EDOT（3,4-ethylenedioxythiophene，3,4-乙撑二氧噻吩）的聚合物 EDOT和PEDOT的结构式 特点：优秀的环境稳定性，较高的电导率以及其氧化态在可见光区吸收较少；主要缺点是在多种常用溶剂中溶解度较低。

6. 研究思路： 固态DSSC是非常具有发展前景的新型太阳电池,目前使用PEDOT作电解质的固态DSSC最高效率已达6.1%。使用PEDOT作空穴传输材料，对进一步提高固态DSSC的效率具有十分重大的意义。 因此，制作PEDOT固态DSSC并研究影响其效率的因素将是一项重要工作。尝试制作以PEDOT作电解质的固态染料敏化太阳电池，测试电池效率并对实验条件进行优化、改进。最后对制作的电池进行扫描电子显微镜和电化学阻抗测试。

7. 实验方法 清洗玻璃 浸泡染料 …… 浸泡LiTFSI 原位光电聚合 用喷金对电极组装电池 电池效率测试

8. 原位光电聚合： hν Pt FTO - + 致密层 封装材料 FTO 方法一：在对电极上打孔，加热条件下用一塑料薄膜将光阳极与该对电极 粘结封装，再把聚合反应液从小孔中注入 方法二：用一些中间打有方形孔的材料包围住TiO2薄膜，往其中滴加反应 液，再直接把未打孔的对电极覆盖到光阳极上。

9. 实验结果与讨论 没经光电聚合（左）与聚合后（右）的二氧化钛膜

10. 电池效率数据： 一、不同封装方法（染料均为D149） 对电极不打孔 目前的封装方法都或多或少出现聚合液损失的情况，导致电池总体效率偏低，且重现性较差。

11. 二、不同染料 在PEDOT固态电池中D149的效率比N719高得多原因可能是： 1. D149具有比N719高得多的消光系数 2. D149与bis-EDOT聚合溶液有更好的亲和性

12. 三、不同对电极 效率的提高并非因为PEDOT的催化活性比金更好，而可能与对电极上的PEDOT对二氧化钛膜的渗透有关。

13. TiO2膜表面的扫描电镜照片： 聚合后 聚合前

14. 聚合后二氧化钛膜截面SEM图

15. 电化学阻抗（EIS）结果： 固态电池Nyquist曲线的第一个半圆半径较大，电荷从PEDOT向对电极传输的阻抗值非常大，PEDOT与金对电极的接触并不好；第二个半圆半径也很大，虽然使得电子复合阻抗变大，但也说明了PEDOT与TiO2接触不良，它对TiO2膜粒子间孔隙的填充程度较低；固态电池中可看见第三段圆弧，其原因可能是所合成的PEDOT自身的空穴传输率不高，或是PEDOT层内部结构疏松，不连续。

16. 总结与展望 本论文主要进行了用原位光电聚合法制作以PEDOT作为空穴传输材料的固态DSSC的尝试。采用了不同的制作条件，以利用透明胶作封装材料时所得电池效率最高。存在电池重现性不好的问题，通过SEM和EIS分析，证实了所制电池中PEDOT对TiO2膜粒子间孔隙的填充程度较低，是导致电池效率不高的主要原因。我们仍需继续摸索提高PEDOT对TiO2膜的渗透度的方法。 固态DSSC是非常具有发展前景的新型太阳电池，若能进一步提高其效率，并在商品化工艺上发展成熟，固态DSSC必将对解决能源短缺问题做出重要贡献，对人类社会的可持续发展有着深远影响和意义。

17. 致谢 感谢创新化学实验与研究基金的资助 感谢我的指导老师匡代彬教授，他严谨的治学态度、渊博的专业知识、活跃的学术思维、忘我的专研进取精神都深深地影响了我。 感谢实验室里各位师兄师姐和同学的热情帮助与悉心指导。 最后感谢百忙中参与本次答辩的各位评委！