染料敏化太阳能电池对电极材料的合成及性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）是一类廉价、绿色的光伏器件。对电极在DSSC中起着传输电子及催化电解质I_3-/I-电对氧化还原的作用。目前广泛采用的镀铂对电极成本较高。开发低铂或非铂对电极材料有较重要的科学意义。 本文系统研究了铂/石墨烯复合材料（Pt-Graphene）、聚苯胺（PANI）以及聚吡咯/石墨烯复合物（PPy-Graphene）等对电极材料的合成及其对DSSC光电性能的影响；另外，探讨了硫化锑及其复合物的制备和光电性能研究。主要研究内容如下： （1）用硼氢化钠同步还原聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）功能化石墨烯氧化物和氯铂酸，合成了Pt-Graphene。复合物对电解质I_3-/I-电对有良好的氧化还原催化活性，并具有良好的导电性。复合物中铂的质量含量为60%时DSSC的光伏效率最高可达6.08%，明显高于传统铂对电极的5.71%。 （2）在导电玻璃表面原位聚合形成了网状结构PANI。透明的PANI对电极可以用作双面活性DSSC。当入射光分别从双面照射光阳极和对电极，电池光伏效率为6.24%和4.06%。均高于铂对电极的6.03%和2.74%。 （3）用Fe_2O_3为模板合成了PPy-Graphene，该对电极材料对电解质I_3-/I-电对的氧化还原有较强催化能力；复合物能有效降低对电极/电解质界面电荷转移阻抗，获得了4.35%的光伏效率，达到相同条件下铂对电极转换效率的85%。 （4）通过溶剂热法合成了G-Sb_2S_3，复合物中Sb_2S_3纳米颗粒在石墨烯表面均匀分布。Sb_2S_3与石墨烯之间的相互作用能有效分离光生电荷。石墨烯含量对复合物光催化活性有较大影响，最佳复合比例的复合物表现出最佳的可见光降解活性和稳定性。 （5）通过溶剂热法合成了由纳米棒状组装而成的树枝状Sb_2S_3，研究了其形貌控制因素及生长机理。用其构建的电化学传感器可用于多巴胺检测，该传感器具有较宽的线性检测范围和较低的检测限，并对抗坏血酸有较强的抗干扰能力。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 聚苯胺 铂/石墨烯 聚吡咯/石墨烯
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TB332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 太阳能电池的研究进展11-13
• 1.1.1 硅系太阳能电池11-12
• 1.1.2 化合物薄膜太阳能电池12
• 1.1.3 聚合物薄膜太阳能电池12
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池12-13
• 1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构结构及工作原理13-16
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的结构13-16
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池工作原理16
• 1.3 染料敏化太阳能电池的主要性能表征参数16-18
• 1.3.1 短路电路 Jsc17
• 1.3.2 开路电压 Voc17
• 1.3.3 填充因子 FF17-18
• 1.3.4 光电转换效率η18
• 1.4 对电极的研究进展18-23
• 1.4.1 铂对电极18-20
• 1.4.2 非铂金属对电极20
• 1.4.3 碳材料对电极20-22
• 1.4.4 导电聚合物对电极22
• 1.4.5 其它对电极22-23
• 1.5 本论文的选题背景和主要研究23-25
• 第二章 铂/石墨烯复合材料对电极在染料敏化太阳能电池中的应用25-39
• 2.1 前言25-26
• 2.2 实验材料及设备26-27
• 2.2.1 试剂26-27
• 2.2.2 实验设备27
• 2.3 实验过程27-30
• 2.3.1 铂/石墨烯复合物的合成27-28
• 2.3.2 不同铂负载量的铂/石墨烯复合材料对电极染料敏化太阳能电池的组装28
• 2.3.3 样品表征及性能测试仪器28-30
• 2.4 结果与讨论30-37
• 2.4.1 铂/石墨烯复合物结构和形貌表征30-33
• 2.4.2 铂/石墨烯复合材料对电极循环伏安测试33-35
• 2.4.3 铂/石墨烯复合材料对电极交流阻抗测试35-36
• 2.4.4 铂/石墨烯复合材料对电极组装成的染料敏化太阳能电池的光伏性能36-37
• 2.5 本章结论37-39
• 第三章 原位制备网状聚苯胺对电极及其在染料敏化太阳能电池中的应用39-49
• 3.1 前言39-40
• 3.2 实验材料和设备40
• 3.2.1 试剂40
• 3.2.2 实验设备40
• 3.3 实验过程40-42
• 3.3.1 原位制备聚苯胺对电极40-41
• 3.3.2 聚苯胺对电极和铂对电极的组装41
• 3.3.3 样品表征及性能测试仪器41-42
• 3.4 结果与讨论42-48
• 3.4.1 聚苯胺对电极的结构、形貌表征42-44
• 3.4.2 聚苯胺对电极循环伏安测试44-46
• 3.4.3 聚苯胺对电极交流阻抗测试46-47
• 3.4.4 聚苯胺对电极组装成的染料敏化太阳能电池的光伏性能47-48
• 3.5 本章结论48-49
• 第四章 聚吡咯/石墨烯复合材料对电极在染料敏化太阳能电池中的应用49-59
• 4.1 前言49-50
• 4.2 实验材料及设备50
• 4.2.1 试剂50
• 4.2.2 实验设备50
• 4.3 实验过程50-52
• 4.3.1 聚吡咯/石墨烯复合物的合成50
• 4.3.2 聚吡咯、聚吡咯/石墨烯复合物和铂对电极染料敏化太阳能电池的组装50-51
• 4.3.3 样品表征及性能测试仪器51-52
• 4.4 结果与讨论52-57
• 4.4.1 对电极材料的形貌、结构表征52-54
• 4.4.2 聚吡咯、聚吡咯/石墨烯复合物对电极循环伏安测试54-55
• 4.4.3 聚吡咯、聚吡咯/石墨烯复合物对电极对电极交流阻抗测试55-56
• 4.4.4 聚吡咯、聚吡咯/石墨烯复合物对电极组装成的染料敏化太阳能电池的光伏性能56-57
• 4.5 本章结论57-59
• 第五章 硫化锑/石墨烯复合材料的制备及其可见光催化性能研究59-69
• 5.1 前言59-60
• 5.2 实验材料及设备60
• 5.2.1 试剂60
• 5.2.2 实验设备60
• 5.3 实验过程60-62
• 5.3.1 G-Sb_2S_3复合物的合成60-61
• 5.3.2 样品表征及性能测试61-62
• 5.4 结果与讨论62-67
• 5.4.1 G-Sb_2S_3复合物结构和形貌表征62-64
• 5.4.2 G-Sb_2S_3复合物光催化性能及机理表征64-67
• 5.5 本章结论67-69
• 第六章 树枝状硫化锑的合成及其电化学性能研究69-81
• 6.1 前言69-70
• 6.2 实验材料及设备70
• 6.2.1 试剂70
• 6.2.2 实验设备70
• 6.3 实验过程70-71
• 6.3.1 树枝状 Sb_2S_3的合成70
• 6.3.2 样品表征及性能测试70-71
• 6.4 结果与讨论71-79
• 6.4.1 树枝状 Sb_2S_3结构和形貌表征71-77
• 6.4.2 树枝状 Sb_2S_3的电化学测试77-79
• 6.5 本章结论79-81
• 第七章 结论81-83
• 参考文献83-95
• 致谢95-97
• 攻读学位期间发表的学术论文目录97-98

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