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系統識別號 U0002-0108201115121900
中文論文名稱 利用加入膠化劑製備聚乙二醇膠態電解質及應用於染料敏化電池
英文論文名稱 Preparation of polyethylene glycol gel electrolyte by the addition of gelators and their application in dye sensitized solar cells
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 陳建助
研究生英文姓名 Chien-Chu Chen
學號 698401105
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-20
論文頁數 124頁
口試委員 指導教授-賴偉淇
委員-陳信龍
委員-陳俊太
委員-童世煌
委員-賴偉淇
中文關鍵字 聚乙二醇  二苯亞甲基山梨醇  膠化劑  膠態電解質 
英文關鍵字 poly(ethylene glycol)  nanofibrils  DBS  gel electrolyte 
學科別分類
中文摘要 本研究分為二部份,首先探討二苯亞甲基山梨醇(DBS)添加在不同分子量的聚乙二醇(PEG)與不同末端基分別為聚乙二醇二甲醚(PEGdme)、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGmea)、聚乙二醇縮水甘油醚(PEGdce)形成有機膠的結構、流變性質及熱性質;接著將鋰化碘(LiI)與碘(I2)添加入高分子PEG中形成高分子電解質,探討導電性質及應用於染料敏化太陽能電池的工作效率與時間穩定性。
DBS可以在PEG中形成有機膠,利用POM可觀察到似球晶結構;實驗結果顯示,當DBS濃度上升時,似球晶結構的數目變多,當DBS濃度固定,隨著PEG分子量的增加,可觀察到似球晶結構數目的增加;在不同末端基的PEG,可觀察到取代末端OH基的PEGdme、PEGmea及PEGdce,似球晶結構的數目較多。有機膠隨著頻率掃描變化,有機膠的彈性模數G’不會改變,G’大於G”,因此可證明其為凝膠。PEG的不同也影響了DBS成膠溫度、成膠時間及凝膠熔解溫度,隨著分子量的提升,有機膠的熔化熱也隨之增加,而成膠時間縮短;不同末端基的PEG部分有機膠有最高的成膠溫度及凝膠熔解溫度由高至低依次為PEGmea、PEGdme、PEGdce、PEG400,相對的成膠時間較短,TGA分析可觀察到當DBS添加後,提升了起始熱裂解溫度,增加了有機膠的熱穩定性。從IR及UV光譜可了解DBS在自我組裝時氫鍵作用力越大,相對的pi-pi作用力也越大,以及DBS苯環堆疊的方式。
在於加入 LiI與I2的電性質,由實驗觀察發現隨著PEG分子量增加,膠態電解質的導電度逐漸降低,在PEG末端基不同部分,導電度由大到小依次為PEGdme、PEGmea、PEG400、PEGdce。利用PEG液態高分子電解質取代傳統的液態電解質,在經過一個月後,還保有80%以上的效率,在添加入DBS後成為膠態電解質,染敏太陽能電池光電轉化效率保持穩定。
英文摘要 We study the organogels of structure, rheology and thermal Properties by 1,3:2,4 -Dibenzylidene sorbitol(DBS) to different molecular weight and different end groups of poly(ethylene glycol)(PEG). The PEG of different end groups are poly(ethylene glycol) dimethyl ether (PEGdme), poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate (PEGmea), poly(ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGdce). Then we study the polymer electrolyte of conductive properties by add the lithium iodine (LiI) and iodine (I2) to the DBS/PEG organogel and the efficiency and time stability in dye-sensitized solar cell.
By POM anysis, we found the spherulite-like structure. When the DBS concentration rises,the unmbers of the spherulite-like structure increase. When the DBS concentration is fixed, the unmbers of the spherulite-like structure increase with the increase of molecular weight. The numbers of the spherulite-like structure increase because the end groups of OH are substituted into the different end groups. By rheology anysis, we found the storage modulus(G’) and the loss modulus(G”) of organogel are the same in frequency sweep,therefore we confirm that are gel. The different end groups of PEG also effect the gel dissolution temperature(Td), gel formation temperature(Tf), gel formation time. When the DBS concentration rises, the gel melting heat incrase. When the DBS concentration is fixed, the gel melting heat incrase with the increase of molecular weight. The gel dissolution temperature(Td) and gel formation temperature(Tf) descend order of PEGmea, PEGdme, PEGdce, PEG400, and the gelation time is relatively short. By IR and UV anysis, we can understand the self-assembly behavior of DBS. If the hydrogen bonding of self-assembly is greater, the pi-pi interaction force is relative greater.
From the electrical properties of PEG electrolyte analysis, we found the ionic conductivity of PEG electrolyte decrease with the increase of molecular weight. The ionic conductivity of PEG electrolyte descend order of PEGdme, PEGmea, PEEG400, PEGdce.Using the PEG electrolyte to place traditional liquid electrolyte, the dye sensitized solar cells’s photoelectric conversion efficiency retain more than 80% efficiency during a month. When using the gel electrolyte by add DBS to PEG electrolyte, the dye sensitized solar cell’s conversion efficiency is stable during a month.
論文目次 總目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
第二章 理論背景 3
2-1 流變學概念 3
2-1-1 剪切黏度 4
2-1-2 動態流變行為 5
2-1-3 線性黏彈性質 6
2-2 有機凝膠 7
2-2-1 凝膠 7
2-2-2 DBS有機膠 7
2-3 染敏太陽能電池工作原理 9
第三章 文獻回顧 12
3-1 染料敏化太陽能電池中的電解質 12
3-2 離子液體電解質 13
3-3 膠態電解質 14
3-4 聚乙二醇PEG及聚氧化乙稀PEO高分子電解質 19
3-5 DBS有機膠 22
第四章 實驗 31
4-1 實驗藥品 31
4-2 實驗設備 35
4-3 實驗流程 39
4-3-1 DBS/PEG有機膠製備 39
4-3-2 DBS/PEG高分子電解質的製備 39
4-4 實驗樣品製備 40
4-4-1 偏光顯微鏡 POM 40
4-4-2 流變儀 Rheometer 40
4-4-3 傅式紅外線光譜儀 FTIR 41
4-4-4 紫外線/可見光光譜儀UV/Vis 41
4-4-5 熱重量損失分析儀 TGA 42
4-4-6 穿透式電子顯微鏡 TEM 42
4-4-7 交流阻抗分析儀 EIS 42
4-4-8 光電轉換效率 42
4-4-9 小角度X光散射儀SAXS 44
4-5 分析流程圖 45
4-5-1 DBS/PEG有機膠及電解質 45
第五章 結果與討論 46
5-1 DBS/PEG有機膠結構及形態學 46
5-2 DBS/PEG有機膠流變性質 55
5-2-1 振幅掃描(amplitude sweep) 55
5-2-2 頻率掃描(frequency sweep) 60
5-2-3 凝膠熔解溫度Td (gel dissolution temperature) 66
5-2-4 成膠時間(gel formation time)及成膠溫度Tf (gel formation temperature) 75
5-3 熱重量分析儀TGA熱分析 86
5-4 分子內及分子間作用力分析 95
5-4-1 分子內及分子間氫鍵的作用力 95
5-4-2 苯環pi-pi的交互作用力 103
5-5 導電度(conductivity) 110
5-6 光電轉換效率與時間穩定性 114
5-7 SAXS分析 117
第六章 結論 118
第七章 參考文獻 120

表目錄
表5- 1、PEG200含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 68
表5- 2、PEG400含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 69
表5- 3、PEG600含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 70
表5- 4、PEGdme含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 71
表5- 5、PEGmea含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 72
表5- 6、PEGdce含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度Td表 73
表5- 7、PEG200含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 77
表5- 8、PEG400含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 78
表5- 9、PEG600含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 79
表5- 10、PEGdme含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 80
表5- 11、PEGmea含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 81
表5- 12、PEGdce含不同DBS濃度有機膠成膠時間表 82
表5- 13、分子量不同PEG含5wt%DBS有機膠成膠溫度Tf表 84
表5- 14、末端基不同PEG含5wt%DBS有機膠成膠溫度Tf表 85
表5- 15、PEG200含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 88
表5- 16、PEG400含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 89
表5- 17、PEG600含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 90
表5- 18、PEGdme含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 91
表5- 19、PEGmea含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 92
表5- 20、PEGdce含不同DBS濃度起始熱裂解溫度表 93
表5- 21、不同LiI比例PEG400電解質導電度表 112
表5- 22、不同DBS濃度與PEG導電度表 113
表5- 23、液態電解質與不同PEG及DBS濃度高分子電解質 115

圖目錄
圖2- 1、、DBS結構式 8
圖2- 2、染敏太陽能電池完整電子迴路圖 10
圖2- 3、染敏太陽能電池中的電子再結合機制圖 11
圖3- 1、膠態電解質成膠示意圖 15
圖3- 2、不同末端基的寡聚物結構圖 20
圖3- 3、DBS結構圖 22
圖3- 4、DBS衍生物結構式 23
圖3- 5、DBS和不同末端基成膠時間及成膠溫度流變圖 24
圖3- 6、不同濃度DBS/PEG凝膠熔解溫度Td流變圖 25
圖3- 7、不同濃度DBS及不同末端基凝膠熔解溫度Td流變圖 25
圖3- 8、純DBS偏光顯微鏡圖 27
圖3- 9、純DBS場發掃描式電子顯微鏡圖 27
圖3- 10、不同濃度DBS有機膠頻率掃描流變圖 28
圖3- 11、(a)二苯亞甲基山梨醇(DBS)及其衍生物(b)MDBS、(c)DMDBS 29
圖3- 12、MDBS/MPN及DMDBS/MPN 之彈性模數(G’)比較圖 30
圖4- 1、DBS/PEG有機膠 39
圖4- 2、光電轉換效率量測系統示意圖 43
圖4- 3、電流-電壓曲線圖 44
圖4- 4、不同分子量DBS/PEG有機膠及電解質樣品分析流程圖 45
圖5- 1、不同DBS濃度的DBS/PEG200有機膠POM圖 48
圖5- 2、不同DBS濃度的DBS/PEG400有機膠POM圖 49
圖5- 3、不同DBS濃度的DBS/PEG600有機膠POM圖 50
圖5- 4、不同DBS濃度的DBS/PEGdme有機膠POM圖 51
圖5- 5、不同DBS濃度的DBS/PEGmea有機膠POM圖 52
圖5- 6、不同DBS濃度的DBS/PEGdce有機膠POM圖 53
圖5- 7、3wt% DBS的DBS/PEG400有機膠TEM圖 54
圖5- 8、PEG400含4wt%DBS振幅掃描圖 56
圖5- 9、PEG200含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 56
圖5- 10、PEG400含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 57
圖5- 11、PEG600含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 57
圖5- 12、PEGdme含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 58
圖5- 13、PEGmea含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 58
圖5- 14、PEGdce含不同DBS濃度有機膠振幅掃描圖 59
圖5- 15、PEG400含4wt% DBS有機膠頻率掃描流變圖 61
圖5- 16、DBS/PEG200含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 62
圖5- 17、DBS/PEG400含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 62
圖5- 18、DBS/PEG600含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 63
圖5- 19、DBS/PEGdme含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 63
圖5- 20、DBS/PEGmea含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 64
圖5- 21、DBS/PEGdce含不同DBS濃度有機膠頻率掃描圖 64
圖5- 22、不同分子量PEG V.S.不同DBS濃度有機膠趨勢圖 65
圖5- 23、不同末端基PEG V.S.不同DBS濃度有機膠趨勢圖 65
圖5- 24、PEG200含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 68
圖5- 25、PEG400含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 69
圖5- 26、PEG600含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 70
圖5- 27、PEGdme含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 71
圖5- 28、PEGmea含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 72
圖5- 29、PEGdce含不同DBS濃度有機膠凝膠熔解溫度流變圖 73
圖5- 30、不同分子量PEG V.S.不同濃度DBS有機膠凝膠熔解溫度比較圖 74
圖5- 31、不同末端基PEG V.S.不同濃度DBS有機膠凝膠熔解溫度比較圖 74
圖5- 32、PEG200含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 77
圖5- 33、PEG400含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 78
圖5- 34、PEG600含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 79
圖5- 35、PEGdme含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 80
圖5- 36、PEGmea含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 81
圖5- 37、PEGdce含不同DBS濃度有機膠成膠時間流變圖 82
圖5- 38、不同分子量PEG V.S.不同DBS濃度有機膠成膠時間比較圖 83
圖5- 39、不同末端基PEG V.S.不同DBS濃度有機膠成膠時間比較圖 83
圖5- 40、分子量不同PEG含5wt%DBS有機膠成膠溫度Tf流變圖 84
圖5- 41、末端基不同PEG含5wt%DBS有機膠成膠溫度Tf流變圖 85
圖5- 42、純DBS熱重損失圖 87
圖5- 43、PEG200含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 88
圖5- 44、PEG400含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 89
圖5- 45、PEG600含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 90
圖5- 46、PEGdme含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 91
圖5- 47、PEGmea含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 92
圖5- 48、PEGdce含不同DBS濃度有機膠熱重損失圖 93
圖5- 49、PEG含不同DBS濃度起始熱裂解溫度比較圖 94
圖5- 50、純DBS FT-IR光譜圖 98
圖5- 51、PEG400含不同DBS濃度有機膠 FT-IR光譜圖 99
圖5- 52、PEG200與PEG200含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 99
圖5- 53、PEG400與PEG400含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 100
圖5- 54、PEG600與PEG600含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 100
圖5- 55、PEGdme與PEGdme含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 101
圖5- 56、PEGmea與PEGmea含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 101
圖5- 57、PEGdce與PEGdce含5wt% DBS有機膠 FT-IR光譜圖 102
圖5- 58、苯環堆積形式示意圖(a) J-type (b) H-type 103
圖5- 59、PEG400含不同DBS濃度UV光譜圖 106
圖5- 60、不同分子量PEG含3wt% DBS UV光譜圖 106
圖5- 61、不同末端基PEG含3wt% DBS UV光譜圖 107
圖5- 62、純DBS UV光譜圖 107
圖5- 63、PEG400與PEG400含不同DBS濃度有機膠部分IR光譜圖 108
圖5- 64、分子量不同PEG含5wt% DBS FT-IR光譜比較圖 108
圖5- 65、末端基不同PEG含5wt% DBS FT-IR光譜比較圖 109
圖5- 66、不同LiI比例PEG400電解質導電度圖 112
圖5- 67、PEG含不同DBS濃度導電度圖 113
圖5- 68、液態電解質與不同PEG及DBS濃度高分子電解質電壓電流圖 115
圖5- 69、液態電解質與不同PEG及DBS濃度高分子電解質效率穩定圖 116
圖5- 70、PEG200含3wt% DBS有機膠SAXS圖 117
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-08-02公開。
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