硫化钼与碳复合物的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极的应用

【摘要】：由于成本低廉、制备工艺简单、颜色可调、可制成柔性电池等诸多优点,染料敏化太阳能电池被称为最具有潜力的新型太阳能电池。传统染料敏化太阳能电池多以铂(Pt)作为对电极材料,但Pt价格昂贵、储量很少、耐腐蚀性差,严重限制了染料敏化太阳能电池的产业化发展。本论文采用微波法和静电纺丝法将不同碳材料与MoS2制成复合对电极,并分析了其催化性能和光电转换性能。主要研究内容如下：1.使用微波法合成了碳微球,探究了不同热处理温度对碳微球结构与性能的影响,并制备成对电极应用在染料敏化太阳能电池之中。研究表明,碳微球的碳化程度和比表面积会随着温度的提高而提高,当处理温度达到1000℃时,较大的比较面积以及适宜的碳氧比例最有利于碳微球的催化性能和导电性能,基于1000℃碳微球对电极的电池效率可达5.5%。之后继续采用微波法将碳微球与MoS2进行复合来做对电极,研究表明,片状MoS2颗粒可以紧密地生长在碳微球表面,这种复合电极可以结合碳微球的导电能力和MoS2催化能力,通过优化钼碳质量比,效率提高至5.9%。2.将微波法制备的碳微球使用氨气热处理,得到掺氮碳微球,研究不同热处理温度对碳微球的氮掺杂情况、比表面积以及电化学性能等影响,并且做成对电极应用在染料敏化太阳能电池之中。研究发现,采用氨气处理的碳微球形貌上与氮气处理的相差不大,处理温度对氮元素的掺杂量影响也不大,但是对碳微球的碳化程度和比表积影响较为显著。氮元素的掺杂有利于提供更多的反应位点,从而提高掺氮碳微球的催化性能,基于900℃掺氮碳微球对电极的电池效率为5.9%。将掺氮碳微球与催化性能更强的MoS2进一步复合后,电池效率可达6.2%。3.使用微波法一步合成石墨烯与MoS2的复合物,并制成对电极用在染料敏化太阳能电池之中,研究不同石墨烯掺杂量对电池性能的影响。研究表明,由于石墨烯和MoS2这两种材料同属于片状材料,这种一步微波法使二者结合非常紧密,有利于发挥发挥石墨烯的强导电性和MoS2的强催化性。当复合对电极中钼碳质量比为1：1时,在100 mW cm-2光照下电池可得到6.3%的效率。4.以四硫代钼酸铵和聚乙烯吡咯烷酮为原料,采用静电纺丝的方法制备碳纤维与MoS2的复合物,并且讨论了预热处理对碳纤维形貌的影响。研究表明,静电纺丝所制得的MoS2颗粒尺寸极小,且密集的生长在碳纤维之中,经过预热处理的碳纤维细长而且轴向生长均匀,未经过预热处理的碳纤维粘连情况严重,不利于电极的导电性。得益于碳纤维优秀的导电能力和MoS2的催化能力,碳纤维与MoS2的复合对电极可使电池效率达到5.7%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 硫化钼 碳材料 复合材料 微波法 静电纺丝法
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-42
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能电池概述13-16
• 1.2.1 太阳能电池的发展历程13-14
• 1.2.2 太阳能电池的分类14-16
• 1.3 染料敏化太阳能电池16-22
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的发展进程16
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的结构16-17
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池的工作原理17-19
• 1.3.4 染料敏化太阳能电池的主要性能参数和测试手段19-22
• 1.4 染料敏化太阳能电池关键材料的研究概况22-29
• 1.4.1 敏化剂22-24
• 1.4.2 导电基底24
• 1.4.3 多孔半导体薄膜24-25
• 1.4.4 电解质25
• 1.4.5 对电极25-29
• 1.5 本文选题意义及主要工作内容29-33
• 参考文献33-42
• 第2章 碳微球/硫化钼复合对电极的制备与研究42-64
• 2.1 引言42
• 2.2 碳微球对电极用于染料敏化太阳能电池42-50
• 2.2.1 实验过程42-44
• 2.2.2 结果与讨论44-50
• 2.2.3 本节结论50
• 2.3 碳微球负载硫化钼对电极用于染料敏化太阳能电池50-56
• 2.3.1 实验过程50-51
• 2.3.2 结果与讨论51-56
• 2.3.3 本节结论56
• 2.4 本章小结56-58
• 参考文献58-64
• 第3章 掺氮碳微球/硫化钼复合对电极的制备与研究64-83
• 3.1 引言64
• 3.2 掺氮碳微球对电极用于染料敏化太阳能电池64-72
• 3.2.1 实验过程64-65
• 3.2.2 结果与讨论65-71
• 3.2.3 本节结论71-72
• 3.3 掺氮碳微球负载硫化钼对电极用于染料敏化太阳能电池72-78
• 3.3.1 实验过程72
• 3.3.2 结果与讨论72-78
• 3.3.3 本节结论78
• 3.4 本章小结78-79
• 参考文献79-83
• 第4章 石墨烯/硫化钼复合对电极的制备与研究83-96
• 4.1 引言83
• 4.2 实验过程83-84
• 4.3 结果与讨论84-91
• 4.4 本章小结91-92
• 参考文献92-96
• 第5章 碳纤维/硫化钼复合对电极的制备与研究96-110
• 5.1 引言96
• 5.2 实验过程96-97
• 5.3 结果与讨论97-105
• 5.4 本章小结105-106
• 参考文献106-110
• 第6章 总结与展望110-113
• 6.1 总结110-111
• 6.2 展望111-113
• 攻读博士期间的主要研究成果113-115
• 致谢115

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