N-邻苯二甲酰壳聚糖的绿色聚合物电解质用于染料敏化太阳能电池

壳聚糖是一种天然聚合物，来源于甲壳素，可以在虾，龙虾和螃蟹中找到。壳聚糖无味，无毒，可生物降解，生物相容并具有高机械强度。该生物聚合物具有许多潜在的应用，例如制药和生物医学工程，食品包装工业，造纸，纺织，水泥，精细和成膜以及废水处理。脱乙酰壳多糖可以作为聚合物主体应用于聚合物电解质(溶解在高分子量聚合物溶剂中的盐)中。然而，壳聚糖溶解性差，只能溶于稀酸。因此，壳聚糖已经通过N-邻苯二甲酰化改性以改善其溶解性。N-邻苯二甲酰基壳聚糖可以溶解在二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基乙酰胺(DMAc)，二甲基亚砜(DMSO)和吡啶中。在这项工作中，

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有作为可用的硅(Si)半导体基太阳能电池的低成本绿色替代品的潜力。Si太阳能电池现在在实验室中达到约25%的效率，并且商业Si太阳能电池板具有约15-16%的效率。由于需要高纯度的结晶材料来制造太阳能电池，这些面板非常昂贵。此外，在Si生产过程中使用的有毒物质会导致环境污染。多晶硅和其他基于薄膜的太阳能电池相对便宜但效率低。较便宜的非晶硅基太阳能电池仅具有约3-4年的较低寿命。

另一方面，由瑞士的MichaelGratzel于1991年推出的DSSC便宜得多，因为它们不需要单晶材料。DSSC由更便宜的宽带半导体组成，例如用染料吸收光的二氧化钛(TiO2)以吸收光，以及含有氧化还原对的电解质(通常为I-/I3-)。TiO2是一种广泛用于化妆品工业的无毒材料。对于DSSC制造，TiO2沉积在导电玻璃基板(氧化铟锡，ITO或氟掺杂的氧化锡，FTO)上并形成纳米多孔颗粒网络，这导致染料覆盖的表面积增加。对电极是涂有薄铂层的另一导电玻璃。

DSSC的工作原理如下。光电阳极由透明导电玻璃(TCG)组成，其上涂有二氧化钛(TiO2)半导体并浸泡在钌染料中。添加有介体的凝胶邻苯二甲酰壳聚糖电解质夹在光阳极和反电极之间，通常是铂。染料分子吸收入射光并变得通电。这导致电子从每个染料分子释放。电子进入并渗透TiO2半导体并通过TCG离开电池到达外部电路并最终到达反电极。在反电极处，介体捕获电子并将它们转移到吸收光后释放电子的染料分子。然后补充染料。电子流完成并产生电流。这个过程一直持续到灯关闭为止。采用N-邻苯二甲酰壳聚糖凝胶聚合物电解质的DSSC表现出高达7-8%的功率转换效率。

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