新型碳材料柔性对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

发布时间：2017-10-17 17:42

  本文关键词：新型碳材料柔性对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

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【摘要】：作为第三代太阳能电池的代表,染料敏化太阳能电池(DSSCs)因具备较低的制作成本和较高的光电转换效率,引起了全世界广泛的关注。然而,DSSCs对电极多以镀铂的FTO导电玻璃为基底,这种对电极成本高、质量大、易碎,限制了DSSCs的大规模商业化应用。所以开发新型柔性材料对电极,提高DSSCs的光电转化效率,成为目前研究DSSCs的重点。本论文主要以碳布作为柔性基底材料,并复合具有高导电性的碳纳米管和具有高催化活性的石墨烯量子点,制备了几种新型的柔性三维碳纳米复合材料对电极。将它们组装成染料敏化太阳能电池,通过测试,获得了较高的光电转换效率。经多种表征手段,证实了这主要归功于氮掺杂石墨烯量子点较高的催化活性。这些碳纳米复合材料对电极的制备方法简单有效,结构独特,有着较高的催化活性和导电性能,可以实现大规模的制备,因而具有较好的应用前景。具体研究内容如下:(1)运用电泳法,通过电化学沉积,将石墨烯量子点负载到ITO PEN和碳布上,再分别进行低温和高温退火处理,制备了两种新型的柔性复合材料对电极。通过组装成电池测试分别得到了3.73%和6.52%的光电转换效率。(2)分别运用丝网印刷法和气相沉积法,经过高温处理,制备了两种碳布/碳纳米管的复合碳材料对电极,通过对比研究了两种材料的光电性能,分别得到了6.51%和6.66%的光电转换效率,堪比传统铂电极的效率。(3)将运用气相沉积法得到的碳布/碳纳米管的复合碳材料,通过电化学沉积石墨烯量子点,再进行高温退火处理,得到了一种新型的三维等级结构碳对电极。通过组装成电池测试得到了高达7.68%的光电转换效率,是同等条件下传统铂电极的1.14倍。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 碳布 碳纳米管 石墨烯量子点
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 DSSCs的基本结构及工作原理13-16
• 1.2.1 DSSC的基本结构13-14
• 1.2.2 DSSC的工作原理14-16
• 1.3 DSSCs的性能表征参数16-18
• 1.3.1 大气质量AM16
• 1.3.2 J-V曲线16-17
• 1.3.3 开路电压V_(oc)17
• 1.3.4 短路电流密度J_(sc)17-18
• 1.3.5 填充因子FF18
• 1.3.6 电池的光电转换效率 η18
• 1.4 DSSCs的研究进展18-25
• 1.4.1 DSSCs光阳极的研究进展19-20
• 1.4.2 DSSCs染料的研究进展20-21
• 1.4.3 DSSCs电解质的研究进展21-22
• 1.4.4 DSSCs对电极的研究进展22-25
• 1.5 DSSCs对电极存在的问题25
• 1.6 本文研究的目的和主要内容25-27
• 第二章 实验部分27-36
• 2.1 实验试剂和仪器27-29
• 2.1.1 实验试剂27-28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 染料敏化太阳能电池的制备29-31
• 2.2.1 基底预处理29
• 2.2.2 N719染料的制备29
• 2.2.3 TiO_2光阳极的制备29-30
• 2.2.4 铂对电极的制备30
• 2.2.5 电解液制备30
• 2.2.6 电池的组装30-31
• 2.3 电极材料的表征31-33
• 2.3.1 扫描电子显微镜分析（SEM）31
• 2.3.2 能量散射光谱仪（EDS）31
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）31-32
• 2.3.4 傅里叶红外光谱仪（FTIR）32
• 2.3.5 X射线衍射分析（XRD）32
• 2.3.6 拉曼测试 （Raman spectra）32-33
• 2.3.7 X射线光电子能谱（XPS）33
• 2.4 对DSSCs的电化学性能研究33-36
• 2.4.1 J-V特性曲线测试33-34
• 2.4.2 循环伏安曲线测试（CV）34
• 2.4.3 塔菲尔极化曲线（Tafel）34-35
• 2.4.4 交流阻抗谱图35-36
• 第三章 柔性基底复合石墨烯量子点对电极的制备及性能研究36-56
• 3.1 引言36-37
• 3.2 ITO-PEN柔性基底复合石墨烯量子点对电极的制备及性能研究37-44
• 3.2.1 氮掺杂石墨烯量子点（NGQDs）的制备37
• 3.2.2 ITO-PEN基底预处理37
• 3.2.3 ITO-PEN/NGQDs对电极的制备37-38
• 3.2.4 氮掺杂石墨烯量子点的形貌表征38-39
• 3.2.5 ITO-PEN/NGQDs电极材料的形貌表征39-40
• 3.2.6 ITO-PEN/NGQDs复合对电极的光电性能及电化学性能研究40-44
• 3.3 碳布柔性基底复合石墨烯量子点对电极的制备及性能研究44-55
• 3.3.1 氮掺杂石墨烯量子点的制备44-45
• 3.3.2 碳布基底预处理45
• 3.3.3 CC/NGQDs对电极的制备45-46
• 3.3.4 CC/NGQDs对电极的表征46-48
• 3.3.5 CC/NGQDs对电极的光电性能研究48-52
• 3.3.6 CC/NGQDs对电极的电化学性能研究52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 碳布/碳纳米管复合对电极的制备及性能研究56-66
• 4.1 引言56-57
• 4.2 丝网印刷法制备碳布/碳纳米管对电极57-58
• 4.2.1 碳纳米管的功能化处理57
• 4.2.2 碳纳米管浆料的制备57
• 4.2.3 碳布/碳纳米管复合对电极的制备57-58
• 4.3 化学气相沉积法制备碳布/碳纳米管对电极58-59
• 4.3.1 碳布/碳纳米管复合对电极的制备58-59
• 4.4 结果和讨论59-64
• 4.4.1 碳布/碳纳米管复合对电极的结构与形貌表征59-61
• 4.4.2 碳布/碳纳米管复合对电极的光电性能研究61-62
• 4.4.3 碳布/碳纳米管复合对电极的电化学性能研究62-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 新型三维等级结构碳纳米材料对电极的制备及性能研究66-81
• 5.1 引言66-67
• 5.2 新型三维等级结构碳对电极的制备67-68
• 5.2.1 碳布/碳纳米管复合对电极的制备67
• 5.2.2 碳布/碳纳米管/石墨烯量子点复合对电极的制备67-68
• 5.3 结果与讨论68-79
• 5.3.1 碳布/碳纳米管/石墨烯量子点复合对电极的表征68-73
• 5.3.2 碳布/碳纳米管/石墨烯量子点复合对电极的光电性能研究73-77
• 5.3.3 碳布/碳纳米管/石墨烯量子点复合对电极的电化学性能研究77-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-91
• 作者在攻读硕士学位期间科研成果及所获奖项91-92
• 致谢92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李浩鹏;张晓艳;崔晓莉;;多壁碳纳米管修饰的CdS/TiO_2复合光催化材料的制备及其光解水制氢特性[J];无机化学学报;2009年11期

2 王瑜;戴松元;;纳米晶体化学太阳能电池及其发展前景[J];新能源;1997年04期

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本文编号：1050177