染料敏化太阳能电池无铂高效对电极研究

发布时间：2017-08-15 18:03

  本文关键词：染料敏化太阳能电池无铂高效对电极研究

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【摘要】：铂因其较高的电导率和催化反应活性而成为染料敏化太阳能电池(DSCs)理想的对电极材料。然而由于铂属于贵金属元素、价格昂贵,且会与碘基电解液反应而影响电池的长期稳定性,因此探究无铂、廉价对电极成为亟待解决的问题。同时,导电玻璃基底易碎、成本较高以及适应性差的特点会阻碍太阳能电池进一步应用。我们使用了两步电化学方法制备了聚吡咯／石墨烯复合对电极。聚吡咯和石墨烯的复合可以避免聚吡咯纳米粒子或石墨烯的堆叠,从而提高了催化活性位点和电导率,且形成的三维结构可以加速电解液的渗透,从而提高催化反应活性。循环伏安测试和电化学交流阻抗测试结果表明聚吡咯／石墨烯具有较高的电化学催化活性以及较低的电荷转移电阻。光电转换测试表明聚吡咯／石墨烯沉积在导电玻璃和柔性基底上做对电极时刚性和柔性染料敏化太阳能电池分别达到了6.45%和4.24%的光电转换效率。同时,我们以化学气相沉积沉积的方式在钛板上原位制备了氮掺杂无定形碳氮化钛碳化钛对电极。该方法实现了导电玻璃基底的替代并避免了催化材料的转移。循环伏安法和电化学交流阻抗表明,这种对电极具有较高的电化学催化反应活性、优异循环稳定性和附着性以及与较小的电荷转移电阻。该对电极在刚性和柔性染料敏化太阳能电池上分别取得了6.24%和4.37%的光电转换效率。本文通过简单的实验方法探索了两种廉价、高效对电极材料,降低了制作成本,提高了催化反应活性,为进一步探索更为高效的对电极材料奠定了基础。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 氮化钛 碳化钛 催化性能 聚吡咯 石墨烯 对电极
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 染料敏化太阳能电池的发展历程14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构及工作原理14-19
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构14-17
• 1.2.1.1 染料(敏化剂)15
• 1.2.1.2 光阳极15-16
• 1.2.1.3 对电极16-17
• 1.2.1.4 电解质17
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池工作原理17-18
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池性能参数18
• 1.2.4 对电极存在的问题及解决方案18-19
• 1.3 石墨烯类材料19-21
• 1.3.1 石墨烯概述19-20
• 1.3.2 氧化石墨20-21
• 1.4 导电聚合物21-22
• 1.4.1 导电聚合物概述21
• 1.4.2 聚吡咯21-22
• 1.5 氮化钛和碳化钛22-23
• 1.5.1 氮化钛22
• 1.5.2 碳化钛及其制备方法22-23
• 1.5.3 氮化钛和氮化钛的应用领域23
• 1.6 论文选题的目的和意义23-24
• 1.7 论文研究的主要内容24-26
• 第二章 实验材料、测试及表征26-32
• 2.1 实验试剂及仪器26
• 2.2 材料表征仪器26-27
• 2.3 染料敏化太阳能电池的一般制备方法27-28
• 2.3.1 光阳极的制备27
• 2.3.2 电解液的配制27
• 2.3.3 对电极的制备27
• 2.3.4 电池的组装27-28
• 2.4 测试仪器及方法28-32
• 2.4.1 循环伏安测试28-29
• 2.4.2 光电转换效率的测试29-30
• 2.4.3 电化学交流阻抗(EIS)测试30-32
• 第三章 聚吡咯/石墨烯复合对电极的应用研究32-46
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备33
• 3.2.2 聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)的制备33
• 3.2.3 聚吡咯/石墨烯(PPy/RGO)的制备33
• 3.3 结果讨论33-44
• 3.3.1 反应产物鉴定与表征34-36
• 3.3.2 产物形貌研究36-37
• 3.3.3 催化性能研究37-40
• 3.3.4 光电转换效率研究40-42
• 3.3.5 电化学交流阻抗谱研究42-43
• 3.3.6 柔性染料敏化太阳能电池43-44
• 3.4 小结44-46
• 第四章 氮掺杂无定形碳/氮化钛/碳化钛复合对电极46-60
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验部分47
• 4.2.1 钛板的表面处理47
• 4.2.2 氮掺杂无定形碳/氮化钛/碳化钛的制备47
• 4.3 结果讨论47-58
• 4.3.1 反应产物鉴定与表征47-50
• 4.3.1.1 X射线光电子能谱分析47-48
• 4.3.1.2 X射线衍射分析48-49
• 4.3.1.3 透射电子显微镜(TEM)分析49-50
• 4.3.2 产物形貌研究50-51
• 4.3.3 催化性能研究51-53
• 4.3.4 电化学交流阻抗研究53-54
• 4.3.5 光电转换效率研究54-56
• 4.3.6 柔性染料敏化太阳能电池56-58
• 4.4 小结58-60
• 第五章 结论60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 研究成果及发表的学术论文70-72
• 作者及导师简介72-73
• 附件73-74

【参考文献】

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1 王焕荣,叶以富,闵光辉,秦敬玉,王伟民;TiC价电子结构及其性质分析[J];科学通报;2001年03期

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本文编号：679531