石墨烯染料敏化太阳能电池的性能研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC),作为一种新型的太阳能电池,由于其较低的成本和较高的光电转化效率受到了广泛的关注。石墨烯因其具有极高的透光率、优异的导电性及优良的光催化特性,而成为染料敏化太阳能电池研究的前沿与热点。本论文系统研究了化学气相沉积法(CVD)制备的石墨烯薄膜(G)对电极、Pt纳米颗粒／石墨烯薄膜(PtNPs/G)复合对电极,化学氧化还原法制备的石墨烯粉末(RGO)对电极、Pt纳米颗粒／石墨烯粉末(PtNPs/RGO)复合对电极,以及RGO/TiO2光阳极的光电转化特性,主要研究结果如下： (1)研究了石墨烯薄膜、氮掺杂石墨烯薄膜(NG)、PtNPs/G、PtNPs/NG对电极的催化活性,研究表明：G、NG、PtNPs/G及PtNPs/NG分别作为对电极的太阳能电池,其转化效率(η)分别为2.35%、2.85%、3.43%及3.64%；其中PtNPs/G和PtNPs/NG作为对电极时电池的转化效率接近于传统Pt对电极电池的转化效率(η=3.76%),表明PtNPs/G及PtNPs/NG对电极具有较高的催化活性。 (2)研究了化学氧化还原法制备的石墨烯粉末(RGO)对电极、Pt纳米颗粒／石墨烯粉末(PtNPs/RGO)复合对电极的催化活性,研究表明：RGO作对电极时电池的转化效率为2.72%,PtNPs/RGO复合对电极的太阳能电池转化效率为3.89%,远高于无Pt复合的RGO对电极,也略高于传统Pt对电极的太阳能电池的转化效率(η=3.76%),这表明低成本的PtNPs/RGO复合对电极具有更优异的催化活性。 (3)制备了RGO/TiO2光阳极,研究了RGO含量、光阳极烧结温度、RGO碳原子百分比、RGO分散状态对太阳能电池性能的影响规律,研究表明：RGO中C原子百分比高(为84.87%)、RGO分散程度高、含量为0.34wt%、烧结温度为500℃制备的RGO/TiO2光阳极,染料敏化太阳能电池的转化效率(η=5.19%)达到最大,较Ti02光阳极太阳能电池的转化效率(η=3.69%)提高了40.7%。 (4)优化了PtNPs/RGO对电极和RGO/TiO2光阳极的配方工艺,研究表明：以PtNPs/RGO (Ptl.6wt%)作为对电极,RGO/TiO2(RGO0.34wt%)作为光阳极的染料敏化太阳能电池,其转化效率达到5.22%,相比于Pt对电极、Ti02光阳极构成的太阳能电池的转化效率(η=3.69%)提高了41.5%。 【关键词】：Pt纳米颗粒/石墨烯 RGO/TiO_2 催化活性 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太阳能电池基本结构及工作机理9-11
• 1.3 石墨烯的制备及性能11-13
• 1.4 石墨烯染料敏化太阳能电池及其研究现状13-18
• 1.4.1 石墨烯导电电极的研究现状13-15
• 1.4.2 石墨烯对电极的研究现状15-16
• 1.4.3 石墨烯/TiO_2光阳极的研究现状16-18
• 1.5 本文研究的目的与研究方案18-19
• 第二章 实验部分19-27
• 2.1 石墨烯材料的制备19-20
• 2.1.1 石墨烯薄膜的制备19
• 2.1.2 石墨烯粉末的制备19-20
• 2.2 石墨烯对电极的制备20-21
• 2.2.1 PtNPs/G对电极的制备20-21
• 2.2.2 PtNPs/RGO对电极的制备21
• 2.3 RGO/TiO_2光阳极的制备21-22
• 2.4 太阳能电池的组装和测试22-23
• 2.5 材料的表征方法23-25
• 2.5.1 X射线衍射23
• 2.5.2 扫描电子显微镜和能谱仪23
• 2.5.3 透视电子显微镜23-24
• 2.5.4 拉曼光谱分析24
• 2.5.5 X射线光电子能谱24
• 2.5.6 热重分析24-25
• 2.6 太阳能电池电化学性能测试方法25-27
• 2.6.1 太阳能电池I-V测试25-26
• 2.6.2 太阳能电池电化学阻抗谱26-27
• 第三章 染料敏化太阳能电池石墨烯对电极的研究27-45
• 3.1 石墨烯薄膜对电极的研究27-30
• 3.2 PtNPs/G复合对电极的研究30-35
• 3.3 石墨烯粉末对电极的研究35-38
• 3.4 PtNPs/RGO复合对电极的研究38-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 染料敏化太阳能电池石墨烯光阳极的研究45-56
• 4.1 光阳极中石墨烯含量对电池性能的影响45-47
• 4.2 光阳极烧结温度对电池性能的影响47-49
• 4.3 光阳极中石墨烯化学成分对电池性能的影响49-50
• 4.4 光阳极中石墨烯分散状态对电池性能的影响50-52
• 4.5 石墨烯染料敏化太阳能电池的性能52-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 主要结论56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 攻硕期间取得的研究成果62

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