接枝PEO聚合物離子液體納米復合電紡膜用于染料敏化太陽能電池

DOI:10.1016/j.electacta.2020.136040

通過將乙烯基咪唑碘化物和甲基丙烯酸甲酯共價接枝到聚氧乙烯（PEO）上，合成了新型聚合物離子液體（PIL）。將合成的氧化鎢納米顆粒（WO3NPs）摻入PIL溶液中，采用靜電紡絲法制備了聚合物納米復合纖維膜（PVIM-W）。將其用作準固態染料敏化太陽能電池（QSS-DSSC）的功能電解質。實驗研究了膜的結構、形貌及其作為電解質的物理特性。掃描電鏡照片顯示形成了均勻無珠的納米纖維。對所有電解質的光伏效應和電化學效應進行了深入研究。與電池的液體電解質（η=6.85%）和未接枝的PEO膜相比，PVIM-W膜表現出7.2%的出色功率轉換效率（η），且具有較好的穩定性（500h后達到初始轉換效率的94.4%）。這種新型基于PVIM-W膜的電解質在開發高效穩定的QSS-DSSC方面具有廣闊的應用前景。

圖1.電紡膜和納米粒子的HR-SEM圖像（A1）WO3納米粒子（B1）PEO（C1）PVIM（D1）PVIM-W。納米纖維和納米粒子的直方圖（A2）WO3納米粒子（B2）PEO（C2）PVIM（D2）PVIM-W。

圖2.PVIM-W膜的（A）EDX光譜、（B）元素圖和（C）TEM圖像。

圖3.（A）WO3納米顆粒、PEO和（B）PVIM、PVIM-W的FT-IR光譜。

圖4.WO3納米顆粒、PEO、PVIM和PVIM-W的X射線衍射圖。

圖5.（A）PEO、PVIM和PVIM-W膜的熱重（TGA）和（B）差示掃描量熱（DSC）熱分析圖。

圖6.PEO、PVIM和PVIM-W膜的Arrhenius圖。

圖7.（A）基于PVIM-W、PVIM和PEO膜電解質的循環伏安圖和（B）線性掃描伏安圖。

圖8.基于PVIM-W、PVIM和PEO的DSSCs的奈奎斯特圖，在開路偏置時于1個太陽（100mWcm-2，Am1.5G）下測得。

圖9.用液體和PEO、PVIM、PVIM-W膜作為電解質制備的DSSCs的光電流密度-電壓（J-V）曲線。

圖10.使用液體和PVIM-W膜作為電解質的DSSCs在500h內的穩定性測試（測得的參數為η、Voc、Jsc和FF）。