石墨烯基染料敏化太阳能电池对电极的设计构筑及性能

发布时间：2021-09-01 04:41

　　人类对化石能源的过度开采与利用导致了严峻的环境问题和能源危机。作为第三代太阳能电池的杰出代表,染料敏化太阳能电池（DSSCs）具有成本低、组装工艺简单以及环境友好等特点,因而受到研究者的广泛关注。对电极是DSSCs的一个关键组成部分,它可以收集来自外电路的电子并催化电解质中碘三阴离子（I3-）的还原反应。通常,DSSCs的对电极为贵金属铂（Pt）,但Pt的储量有限、价格高昂、在电化学环境中稳定性差,这些缺点很大程度上增加了 DSSCs的成本和限制了其规模化应用。开发廉价、高效、稳定性好的对电极来取代Pt迫在眉睫。作为碳家族中的一颗新星,石墨烯具有优异的理化性质,因此在各个能源应用中得到广泛关注。然而,相比电化学活泼的石墨烯边缘,其基面是电化学惰性的,这就限制了石墨烯的整体电化学性能。基于此,采用杂原子掺杂技术和对基面进行官能化的策略构筑富活性位的石墨烯基DSSCs对电极材料,并对其催化性能进行了评价。主要结果如下:（1）利用化学法切割碳纳米管并结合高温氮掺杂策略制备了富边缘位、基面被充分活化的氮掺杂石墨烯纳米带（N-GNRs）。结构表征发现N-GNRs骨架中氮存在三种构型:石墨化氮、吡... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

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效率为６％［５］。１９５８年，硅太阳能电池被用于美国先锋一号卫星的供电系统。这一里程??碑事件自此打开了人们研宄、开发太阳能电池的大门。截至目前，太阳能电池的发展经??历了三代，如图１．２所示。??ｈ?二一ｊ?Ｌ－?－ｖ?ｔ?？二—?ｊ??圓國＿?＿關画■?■??图１．２太阳能电池的分类??Ｆｉｇ．?１．２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ??第一代太阳能电池为单晶或多晶ｐ－ｎ结太阳能电池。图１．２为美国ＮＲＥＬ统计的各??种太阳能电池的认证效率，单晶桂电池和多晶桂基电池的最尚认证效率均达２０％以上；??硅基电池常采用高温提拉或浇筑的方法进行组装，工艺趋于成熟，现已实现规模化应用，??当前的市场份额约为８５％。其缺点是消耗大量的硅原料、生产成本高、生产工艺复杂，??并且组装过程中需要高能耗。第二代太阳能电池为无机薄膜太阳能电池，包括非晶硅薄??－２?－??

?膜电池、多元化合物（ＧａＡｓ／ＣｄＴｅ／ＣｕＩｎＧａＳｅ）薄膜电池等。非硅基电池的常规制备方法为??气相沉积，因此比第一代电池的生产成本低，但其最高认证效率较低，仅为１３．６％（图１．２）；??另外其稳定性也较硅基器件差很多。尽管多元化合物太阳能电池的效率可达２０％以上??（如ＣｕＩｎＧａＳｅ和ＣｄＳｅ电池），但此类电池需要砷和隔等重金属，对生态系统具有严重危??害；ＣｕＩｎＧａＳｅ器件中铟或硒为储量有限的稀有金属；综合这几点，第二代太阳能电池无??法取代第一代器件的市场，其市场份额约占１５％。??Ｂｅｓｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ?Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ?ｉ＾＊ＮＲＥＬ??５２１???￣—１??ＭｏＫｊｕｎｃｔｉｏｎ?Ｃｅｌｌｓ?（２－ｔｅｍｗ？ｉ


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