染料敏化太阳能电池硫化物对电极材料研究

发布时间：2020-08-22 09:28

【摘要】：随着全球经济的发展和文明的进步,人类对清洁能源的渴求日益加剧,染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其极具潜力的环保、低成本等优势,引起了广泛关注,成为近年来的研究热点。DSSC主要由染料敏化纳米晶半导体薄膜电极(如最常用的FTO/TiO_2电极)、电解质和对电极(如最常用的FTO/Pt电极)三部分构成。如何提高性能、降低成本是当前DSSC电极材料研究的核心内容,对于推动DSSC的大规模应用具有重要意义。对电极最常用的材料是贵金属铂(Pt),但是由于铂的存储量十分的有限,它的价格特别昂贵,所以发展廉价高效的新型对电极材料,对降低DSSC的成本,促进染料敏化太阳能电池的大规模应用有重要意义。本文主要研究染料敏化太阳能电池的对电极材料,我们合成了两种廉价高效的对电极材料,分别为具有规则形状的NiS亚微米方块对电极材料和具有二维层状结构的TiS_2对电极材料,我们对具有特定形貌的NiS、TiS_2材料的制备及相关性能进行了系统研究。1.NiS亚微米方体材料的制备及性能研究。我们对NiS的制备方法进行了系统研究,以简单易得、价格低廉的NiSO_4·6H_20和NaOH为原料,第一次采用简单的水热法合成了具有规则形状的NiS亚微米立方体对电极材料。这种立方体的直径大约在300-800nm之间,用它作为对电极组装电池,做各种性能测试。测试结果与以Pt为对电极电池做对比,发现各种性能都有很大提高。为了使所合成的NiS的性能的进一步的提高,我们发现在氩气的气流中400℃的高温烧结1个小时后,NiS形状不变,依然保持了规则的立方体形状,而且相对于未烧结之前的NiS表现出更卓越的光电性能。这种低成本的Ni亚微米立方体有成为传统Pt电极替代材料的潜力。2.二维纳米TiS_2材料的制备及性能研究。我们对TiS_2的制备方法进行了系统研究,我们发现采用溶剂热法在200℃的温度下能够合成二维纳米超薄TiS_2材料,这种材料拥有与石墨烯类似的形貌。它的厚度在1-10nm之间,直径大约1-2μm,每一片TiS_2纳米片都是由一层或者多层的TiS_2单晶薄片构成。我们所合成的厚度为20μm的TiS_2方块电阻为7.1Ω·m~(-2),比传统的Pt电极的14.2Ω·m~(-2)小了近一倍左右。这种二维纳米TiS_2对材料不仅具有良好的导电性,而且拥有卓越的电催化性能,可以作为廉价高效的对电极材料应用于染料敏化太阳能电池。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

图 1-1 染料敏化太阳能电池的结构示意图上图所示的就是染料敏化太阳能电池的结构，它主要由以下几个部分组成：导电底、光阳极、电解质溶液和对电极[18-20]。（1）导电基底（Conductive substrate）：太阳能电池领域经常被使用的导电基底般为 FTO 或者 ITO。而染料敏化太阳能电池所用的是透明 FTO 导电基底，它是由氧锡（FTO）导电玻璃掺杂氟元素构成的[21]。FTO 导电基底的透光率高一般于 85%，方电阻在十几欧姆左右，具有极好的热稳定性，非常有利于收集和传输电子。（2）半导体光阳极薄膜（Photoanode）:染料敏化太阳能电池的光阳极具有两个面的作用：①它是光染料敏化剂的载体，染料分子都是吸附在光阳极的半导体纳米料上；②它还是获得和传输电子的介质。高效的半导体光阳极薄膜应该具备以下几性质：①染料敏化太阳能电池所使用的半导体光阳极、染料敏化剂、电解质溶液三间的能级必须要匹配；②半导体光阳极薄膜应该具有吸收尽可能多的染料分子的性这样才能更多的吸收光子，所组装的电池的效率才会更高；③光阳极薄膜和电解质

1-2 染料敏化纳米晶 TiO2太阳能电池的工作原理图.( D 和 D*分别为染料的基态和激发态为氧化还原电解质)染料敏化太阳能电池的工作原理是效仿植物进行光合作用的工作原理，模拟植物利用太阳能来进行光合作用的原理将太阳能转化为电能，研制出来的一种阳能.电池。在电池的转换机理上，染料敏化太阳能电池与传统的硅基太阳能电

光伏性能表征中很直观的反应电池的优劣水平的测试方法。我们可以从 I-性能参数全面的衡量染料敏化太阳能电池的性能的高低，判断利用我们的装的染料敏化太阳能电池在该领域是否具有很好的应用前景等。染料敏化 I-V 曲线如下图所示，图中相关的太阳能电池的性能参数的详细介绍如下

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本文编号：2800529