调控交联核心尺寸提升准固态染料敏化太阳能电池聚合物电解质的低温性能

doi:10.7503/cjcu20250291

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1): 20250291.doi: 10.7503/cjcu20250291

调控交联核心尺寸提升准固态染料敏化太阳能电池聚合物电解质的低温性能

林剑飞, 李雅楠, 王莹琳(), 张昕彤()

东北师范大学物理学院，集成光电子全国重点实验室，紫外光发射材料与技术教育部重点实验室，长春 130024

收稿日期:2025-10-12 出版日期:2026-01-10 发布日期:2025-12-10
通讯作者: 张昕彤 E-mail:wangyl100@nenu.edu.cn;xtzhang@nenu.edu.cn
作者简介:王莹琳，女，博士，教授，主要从事光电化学太阳能电池方面的研究. E-mail： wangyl100@nenu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(62074031);国家自然科学基金(52273236);国家自然科学基金(U22A2078);国家自然科学基金(12374391)

Tailoring the Cross-linking Core Size Toward Enhanced Low-temperature Performance of Polymer Electrolytes for Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells

LIN Jianfei, LI Yanan, WANG Yinglin(), ZHANG Xintong()

State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics，Key Laboratory of UV?Emitting Materials and Technology of Ministry of Education，School of Physics，Northeast Normal University，Changchun 130024，China

Received:2025-10-12 Online:2026-01-10 Published:2025-12-10
Contact: ZHANG Xintong E-mail:wangyl100@nenu.edu.cn;xtzhang@nenu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(62074031)

摘要/Abstract

摘要：

以不同尺寸的具有星形拓扑结构的交联单元（乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、倍半硅氧烷和纳米氧化锆）为交联核心，与聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）进行化学交联，构建了3种聚合物网络（EP， PP和ZP），并将其用于准固态染料敏化太阳能电池（DSSCs）. 结果表明，增大交联核心尺寸的策略能有效增加聚合物自由体积, 降低其玻璃化转变温度, 进而改善其电化学性能.在-40 ℃的低温环境下， ZP器件的光电转换效率相比EP器件提升了37.4%.

关键词: 准固态染料敏化太阳能电池, 聚合物凝胶电解质, 化学交联, 低温电化学性能

Abstract:

This study employed cross-linking units with star-like topology of varying sizes ethoxylated trimethylolpropane triacrylate（ETPTA）， polyhedral oligomeric silsesquioxanes（POSS） and nano-zirconia） as cross-linking cores to chemically cross-link with poly（ethylene glycol） diacrylate（PEGDA）， constructing three polymer networks（EP， PP and ZP） for application in quasi-solid-state dye-sensitized solar cells（DSSCs）. The results demonstrate that the strategy of increasing the size of the cross-linking core effectively enlarges the free volume of the polymer， reduces its glass transition temperature， and consequently enhances its low-temperature electrochemical performance. At a low temperature of -40 ℃， the power conversion efficiency（PCE） of the ZP-based device shows a significant increase of 37.4% compared to the EP-based device. This research provides a novel and effective strategy for developing quasi-solid-state electrochemical devices suitable for high altitude environment.

Key words: Quasi-solid-state dye-sensitized solar cell, Gel polymer electrolyte, Chemical cross-linking, Low temperature electrochemical performance

中图分类号:

O631

TrendMD:

林剑飞, 李雅楠, 王莹琳, 张昕彤. 调控交联核心尺寸提升准固态染料敏化太阳能电池聚合物电解质的低温性能. 高等学校化学学报, 2026, 47(1): 20250291.

LIN Jianfei, LI Yanan, WANG Yinglin, ZHANG Xintong. Tailoring the Cross-linking Core Size Toward Enhanced Low-temperature Performance of Polymer Electrolytes for Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(1): 20250291.

图/表 7

Fig.1 FTIR spectra(A), XRD patterns(B), glass transition temperature extracted from differential scanning calorimetry(DSC)(C) of EP, PP and ZP GPEs

Fig.2 Nyquist plots of EIS(A) and Tafel polarization curves(B) of EP, PP and ZP at room temperature（A） Inset shows the equivalent circuit diagram used for fitting. Rs： ohmic series resistance， Rct： charge transfer resistance， Cct： charge transfer capacitance.

Fig.3 DRT analysis of the Nyquist plots of EP(A), PP(B) and ZP(C) under low⁃temperature

Fig.4 Tafel polarization curves of EP(A), PP(B) and ZP(C) under low⁃temperature

Fig.5 J⁃V curves measured under 100 mW/cm2(AM 1.5G) illumination(A) and IPCE(B) of DSSCs at room temperature

Table 1 Photovoltaic performances of DSSCs measured under simulated AM 1.5G illumination of 100 mW/cm2， and fitted values from the J-V measurement

Cell	V_oc/V	J_sc/（mA·cm^-2）	FF	IPCE（%）	J $s c I P C E$ /（mA·cm^-2）
EP	1.01	12.58	0.75	9.58	11.26
PP	1.03	12.98	0.73	9.76	11.24
ZP	0.98	13.44	0.73	9.61	11.39

Table 1 Photovoltaic performances of DSSCs measured under simulated AM 1.5G illumination of 100 mW/cm2， and fitted values from the J-V measurement

Cell	V_oc/V	J_sc/（mA·cm^-2）	FF	IPCE（%）	J $s c I P C E$ /（mA·cm^-2）
EP	1.01	12.58	0.75	9.58	11.26
PP	1.03	12.98	0.73	9.76	11.24
ZP	0.98	13.44	0.73	9.61	11.39

Fig.6 J⁃V curves of EP GPEs(A), PP GPEs(B) and ZP GPEs(C) under different temperatures

参考文献 30

[1]	Ren W.， Ding C.， Fu X.， Huang Y.， Energy Storage Mater.， 2021， 34， 515—535
[2]	Wan H.， Xu J.， Wang C.， Nat. Rev. Chem.， 2024， 8（1）， 30—44
[3]	Han L.， Wang L.， Chen Z.， Kan Y.， Hu Y.， Zhang H.， He X.， Adv. Funct. Mater.， 2023， 33（32）， 2300892
[4]	Dai H.， Zhang G.， Rawach D.， Fu C.， Wang C.， Liu X.， Dubois M.， Lai C.， Sun S.， Energy Storage Mater.， 2021， 34， 320—355
[5]	Peng X.， Liu H.， Yin Q.， Wu J.， Chen P.， Zhang G.， Liu G.， Wu C.， Xie Y.， Nat. Commun.， 2016， 7（1）， 11782
[6]	Wu C.， Li R.， Wang Y.， Lu S.， Lin J.， Liu Y.， Zhang X.， Chem. Commun.， 2020， 56（69）， 10046—10049
[7]	Lin J.， Wang Y.， Li Y.， Shi Y.， Guo X.， Wang L.， Liu Y.， Zhang X.， Solar RRL， 2023， 7（20）， 2300464
[8]	Shi Y.， Wang Y.， Lin J.， Li Y.， Guo X.， Jin C.， Wang Y.， Zhang X.， J. Power Sources， 2025， 628， 235876
[9]	Armand M.， Tarascon J. M.， Nature， 2008， 451（7179）， 652—657
[10]	Gupta A.， Manthiram A.， Adv. Energy Mater.， 2020， 10（38）， 2001972
[11]	Zhang N.， Deng T.， Zhang S.， Wang C.， Chen L.， Wang C.， Fan X.， Adv. Mater.， 2022， 34（15）， 2107899
[12]	Swiderska⁃Mocek A.， Gabryelczyk A.， J. Phys. Chem. C， 2023， 127（38）， 18875—18890
[13]	Liu Y.， Zhang D.， Luo L.， Li Z.， Lin H.， Liu J.， Zhao Y.， Hu R.， Zhu M.， Energy Storage Mater.， 2024， 70， 103548
[14]	Liu H.， Liu C.， Zhou Y.， Zhang Y.， Deng W.， Zou G.， Hou H.， Ji X.， Energy Storage Mater.， 2024， 71， 103575
[15]	Jin C.， Yang C.， Xie L.， Mi H.， Yin H.， Xu B.， Guo F.， Qiu J.， Adv. Energy Mater.， 2025， 15（4）， 2402843
[16]	Song Y.， Su M.， Xiang H.， Kang J.， Yu W.， Peng Z.， Wang H.， Cheng B.， Deng N.， Kang W.， Small， 2025， 21（3）， 2408045
[17]	Wu J.， Lan Z.， Hao S.， Li P.， Lin J.， Huang M.， Fang L.， Huang Y.， Pure Appl. Chem.， 2008， 80（11）， 2241—2258
[18]	Wu J. H.， Lan Z.， Lin J. M.， Huang M. L.， Hao S. C.， Sato T.， Yin S.， Adv. Mater.， 2007， 19（22）， 4006—4011
[19]	Qu T.， Nan G.， Ouyang Y.， Bieketuerxun B.， Yan X.， Qi Y.， Zhang Y.， Polymers， 2023， 15（21）， 4268
[20]	Jagarlapudi S. S.， Cross H. S.， Das T.， Goddard III W. A.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2023， 15（20）， 24858—24867
[21]	White R. P.， Lipson J. E. G.， Macromolecules， 2016， 49（11）， 3987—4007
[22]	Chen S.， Feng F.， Yin Y.， Che H.， Liao X. Z.， Ma Z. F.， J. Power Sources， 2018， 399， 363—371
[23]	Tosa M.， Hashimoto K.， Kokubo H.， Ueno K.， Watanabe M.， Soft Matter， 2020， 16（17）， 4290—4298
[24]	Wang W.， Yang Y.， Yang J.， Zhang J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2024， 63， e202400091
[25]	Lv K.， Zhang W.， Zhang L.， Wang Z. S.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2016， 8（8）， 5343—5350
[26]	Kang Y.， Cheong K.， Noh K. A.， Lee C.， Seung D. Y.， J. Power Sources， 2003， 119， 432—437
[27]	Zhou Y.， Xiang W.， Chen S.， Fang S.， Zhou X.， Zhang J.， Lin Y.， Chem. Commun.， 2009，（26）， 3895—3897
[28]	Lu Y.， Zhao C. Z.， Huang J. Q.， Zhang Q.， Joule， 2022， 6（6）， 1172—1198
[29]	Quattrocchi E.， Wan T. H.， Belotti A.， Kim D.， Pepe S.， Kalinin S. V.， Ahmadi M.， Ciucci F.， Electrochim. Acta， 2021， 392， 139010
[30]	Hong J.， Bhardwaj A.， Bae H.， Kim I. H.， Song S. J.， J. Electrochem. Soc.， 2020， 167， 114504

调控交联核心尺寸提升准固态染料敏化太阳能电池聚合物电解质的低温性能

Tailoring the Cross-linking Core Size Toward Enhanced Low-temperature Performance of Polymer Electrolytes for Quasi-solid-state Dye-sensitized Solar Cells

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 30

相关文章 8

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	徐一鑫, 张登骥, 叶妮雅, 杨景帅, 何荣桓. 1,4-双(二苯基膦)丁烷交联的季膦化聚芳醚酮阴离子交换膜[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(10): 1872.
[2]	刘玲玲, 张璟, 乔锦丽. 用于燃料电池的聚乙烯醇/纤维素/聚乙二醇碱性阴离子交换复合膜的制备及性能[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(08): 1842.
[3]	黄瑶, 朱召进, 徐景坤, 卢宝阳, 岳瑞瑞. 丙烯酸接枝邻苯二酚衍生物的二次聚合[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(03): 608.
[4]	傅婧乔锦丽马建新. 用于燃料电池的季铵基团的PVA/PAADDA碱性聚合物电解质膜的制备及稳定性[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(7): 1598.
[5]	张玉琦郝欣魏清渤杨华王俏宋延卫. 聚苯乙烯光子晶体薄膜的光化学行为[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(7): 1634.
[6]	王辉, 陈道勇, 江明 . 核中含有羧基官能团的聚合物胶束的高效制备[J]. 高等学校化学学报, 2006, 27(10): 1996.
[7]	闵思佳, 陈芳芳, 吴豪翔. 环氧化合物与丝素蛋白化学交联凝胶的结构[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(5): 964.
[8]	包永忠, 翁志学, 黄志明, 潘祖仁. 化学交联聚氯乙烯树脂的合成和结构[J]. 高等学校化学学报, 1999, 20(8): 1312.