染料敏化太阳能电池中光阳极和对电极的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells,DSSC）主要由染料、纳米多孔膜、电解质和对电极所组成。通过改变各部分的性质，可以提高电池的光电转化效率。传统的光阳极用的单层纳米颗粒TiO_2，不可避免会有纳米颗粒多孔薄膜空隙大，易于电解质的渗透通过而导致固液界面的电荷复合；而对电极采用纯铂进行催化，纯铂对电解质的催化效果好，但Pt是贵金属，价格昂贵。为了提高电池性能，本论文通过在光阳极上增加致密隔离层、采用新型Pt/石墨对电极材料来优化电池性能，并对光阳极和对电极的结构及性质进行了表征，最后构建成电池，考察了不同结构光阳极和对电极对电池性能的影响。主要内容如下： 1.采用溶胶凝胶法结合粉末涂敷法和提拉法，制备了TiO_2多孔薄膜、TiO_2致密薄膜及多孔膜和致密膜结合构成的TiO_2双层薄膜，通过XRD、SEM、紫外可见吸收光谱、循环伏安法对薄膜的物理、化学性质进行了研究。 2.用乙二醇还原法将含量为1.5%，3%，5%，7%的铂负载于石墨上，制备了用于DSSC的Pt/石墨复合对电极，用循环伏安法、XRD、SEM对对电极的结构进行了考察，表征了铂纳米粒子在石墨上的负载及其形貌。 3.考察了不同染料在TiO_2双层薄膜表面的吸附情况。组装电池，运用电化学工作站、太阳光模拟器，考察了Pt/石墨复合对电极中铂的负载量以及光阳极的致密薄膜对DSSC光电性能的影响。结果表明：光阳极致密薄膜能够有效抑制电荷复合，提高电池光电压，光电转化率比未加致密层的电池高出21.6%；Pt/C对电极在Pt含量仅为3%时电池的转化率与纯铂有相近的光电转化率，Pt含量为5%时达到最高，从而达到节省单位面积Pt的用量同时也不降低催化能力的目的；以双层薄膜为光阳极，Pt5/C为对电极，分别来取代单层多孔薄膜光阳极和石墨对电极，三种染料APC、PPC和QPC的光电转化率比分别增加了169%，174%和148%。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 双层TiO_2薄膜 致密TiO_2薄膜 Pt/C复合对电极
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 基本概念11-12
• 1.2.1 光电转化效率11
• 1.2.2 I-V 曲线11-12
• 1.3 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理12-14
• 1.3.1 电池结构12-13
• 1.3.2 工作原理13-14
• 1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池研究进展14-25
• 1.4.1 光阳极14-18
• 1.4.2 染料敏化剂的研究现状18-22
• 1.4.3 电解质的研究现状22-23
• 1.4.4 对电极23-25
• 1.5 本论文的选题依据及主要工作25-26
• 2 TiO_2 薄膜的制备及表征26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 试剂与仪器26-27
• 2.2.1 试剂26-27
• 2.2.2 仪器27
• 2.3 TiO_2薄膜的制备27-29
• 2.3.1 纳米 TiO_2多孔薄膜的制备28
• 2.3.2 纳米 TiO_2致密薄膜的制备28
• 2.3.3 纳米 TiO_2双层薄膜的制备28-29
• 2.4 薄膜的表征29
• 2.5 结果与讨论29-34
• 2.5.1 TiO_2薄膜的 XRD 表征29-31
• 2.5.2 致密薄膜的紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱的研究31-32
• 2.5.3 TiO_2薄膜的 SEM 表征32-33
• 2.5.4 TiO_2薄膜的电化学性能研究33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 Pt/C 对电极的制备及性能的研究35-41
• 3.1 引言35
• 3.2 试剂与仪器35-36
• 3.2.1 试剂35-36
• 3.2.2 仪器36
• 3.3 实验部分36-38
• 3.3.1 不同电极的制备36-37
• 3.3.2 对电极的表征37-38
• 3.4 结果与讨论38-40
• 3.5 结论40-41
• 4 光阳极和对电极对电池性能的影响41-49
• 4.1 简介41-42
• 4.2 仪器与试剂42-43
• 4.2.1 试剂42
• 4.2.2 仪器42-43
• 4.3 电池的组装43
• 4.4 染料的吸脱附测试43-45
• 4.5 光电性能的测试45-48
• 4.5.1 不同光阳极 DSSC 电池光电性能的影响45-46
• 4.5.2 不同对电极 DSSC 电池光电性能的影响46-47
• 4.5.3 不同染料的光电性能测试47-48
• 4.6 小结48-49
• 结论49-50
• 参考文献50-57
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果57-58
• 致谢58

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

CuInSe_2和Cu(In,Ga)Se_2薄膜的制备进展    陈志钢;马冠香;唐明华;胡俊青;

电化学方法制备掺杂二氧化钛纳米管阵列    刘海津;刘国光;侯泽华;刘培;

碳纳米管在乙二醇水溶液中的分散性    刘宗建;张仁元;毛凌波;李辉鹏;

染料敏化太阳能电池用TiO_2薄膜电极的改性制备及光电化学性能    李丽;张贵友;陈人杰;Dorina Walther;陈实;吴锋;

TiCl_4高温气相氧化合成纳米二氧化钛颗粒的研究Ⅰ.颗粒粒度控制    施利毅,李春忠,朱以华,陈爱平,房鼎业

纳米TiO_2薄膜的制备方法    崔晓莉,江志裕

染料敏化太阳能电池中的敏化剂    梁茂,陶占良,陈军

共吸附剂修饰TiO_2电极及其在染料敏化太阳电池中的应用    李洁;孔凡太;张昌能;刘伟庆;戴松元;

纳晶敏化太阳能电池中铂修饰对电极的一种新制法    陈今茂,马玉涛,王桂强,王正平,周晓文,林原,李学萍,肖绪瑞

浸渍提拉法制备TiO_2薄膜及其光催化性能的研究    南昌希,权伍荣,张敬爱,赵成男

染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜太阳电池研究    韩宏伟

自洁净玻璃的研究综述    方向红;

4-甲基吡啶在Ti/nanoTiO_2-Pt电极上的电催化氧化    褚道葆;吴晟;张雪娇;肖英;周莹;

离子掺杂对提高锐钛型TiO_2高热稳定性的影响    刘艳敏;张萍;李平蕊;张艳峰;魏雨;

光催化玻璃的生产与应用    王德宪;王燕;

不锈钢表面TiO_2薄膜的溶胶-凝胶法制备及其性能    袁麟;刘静;黄峰;

氮掺杂二氧化钛的制备及可见光催化研究进展    费贤翔,熊予莹

非金属纯有机染料的设计规律和展望    杨秀云;周杰;王宇鹏;高秀霞;

影响TiO_2晶型和晶粒大小的因素    王庆辉,靳映霞,徐杰,张瑾,柳清菊

质子交换膜燃料电池Pt/C阴极催化剂性能的强化研究评述    张云河;李新海;邓凌峰;王志兴;胡启阳;

质子交换膜燃料电池的研究与应用进展    张云河;李新海;邓凌峰;郭华军;彭文杰;

Pt/OLFs纳米复合材料的制备与表征    杨晓伟;郭俊杰;王晓敏;刘旭光;许并社;

辐射法制备Pt/CNTs纳米催化剂    王衡东;叶寅;孙解卿;邱士龙;

气相燃烧合成纳米二氧化钛粒子及其光催化降解三氯乙烯    李根深;蔡平雄;干路平;李春忠;丛德滋;

不同钛源制备TiO_2薄膜电极及光谱特性    李丽;陈人杰;吴锋;张贵友;陈实;

多重射流燃烧反应器制备纳米TiO_2颗粒的过程研究    李根深;蔡平雄;干路平;李春忠;丛德滋;

脉冲电沉积制备直接甲醇燃料电池电极    刘世斌;牛忠义;郝晓刚;张忠林;孙彦平;

纳米二氧化钛的制备方法    赵红雁;张敬畅;曹维良;

AlSb多晶薄膜的结构和电学性能研究    宋慧瑾;武莉莉;郑家贵;冯良桓;雷智;张静全;贺剑雄;夏庚培;

氧气含量比变化对气相爆轰合成纳米氧化钛影响的研究    闫鸿浩;王胜杰;吴林松;李晓杰;王小红;

新型掺杂二氧化钛纳米管光催化材料的制备及其光催化性能的研究    刘海津

纳米二氧化钛光阳极材料控制合成及光电化学性能    邵玮

高性能染料敏化太阳能电池的制备与研究    李晓冬

DMFC和DSSC的化学增强与光辅助增强催化    王耀琼

掺杂改性二氧化钛薄膜的制备及其光学性能研究    周艳军

煤的芳香性及氢键对钙基阻化剂抑制煤自燃作用的理论研究    郝朝瑜

带有侧链镶嵌基团的有机近红外光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    郝艳

纳米增敏与流动注射电化学发光分析研究    郭文英

直接甲醇燃料电池：高分散高负载铂基电催化剂的制备规律研究    周振华

溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛薄膜及其光致特性研究    任达森

含三苯胺、噁二唑聚噻吩衍生物和双给体有机染料的合成及光伏性能研究    陈华杰

半导体材料改性与染料敏化太阳能电池组装与性能测试    张坤峰

咔唑类染料敏化太阳能电池制备研究    王忠原

三苯胺类染料分子的设计合成及其光伏性能研究    张璐

水热合成TiO_2纳米管及光催化性能的研究    訾彤彤

直接甲醇燃料电池金铂纳米复合催化剂的制备及研究    温河丽

直接甲醇燃料电池PtRuNd薄膜催化剂的结构表征和电催化研究    张洪卫

Pt-Sn/MWCNTs复合材料结构表征与电催化性能研究    闫学杰

二氧化钛/染料/聚苯胺结构太阳能电池的制备与研究    容齐坤

非晶硅太阳能电池的透明导电层和本征非晶硅层的研究    秦易

高纯二氧化钛的制备    袁伟,廖海达,赵增迎

电化学法制备高热稳定性锐钛矿型纳米TiO_2    褚道葆,周幸福,林昌健,谭建光

氮掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光光电催化活性研究    庄惠芳;赖跃坤;李静;孙岚;林昌健;

TiO_2薄膜的自组装制备及表征    黄丹,黄宁平,袁春伟

功能电子陶瓷的MOCVD薄膜技术    孙顺明

CdS敏化对TiO_2纳米薄膜电极光生电荷转移特性的影响    钱新明,宋庆,白玉白,李铁津,汤心颐,董绍俊,汪尔康

电沉积二氧化钛纳米微粒膜的光电化学性能和表面形貌研究    罗瑾,周静,祖延兵,林仲华

半导体光催化剂的表面修饰    王传义,刘春艳,沈涛

液相沉积法制备TiO_2薄膜及其亲水性能研究    王晓萍,于云,高濂,胡行方

钕与3-甲氧基苯甲酸和邻菲罗啉三元配合物的合成及光谱表征    李夏,杨永丽,王繁泓

染料敏化纳米晶体TiO_2太阳能电池的对电极结构    姜春华;胡宇宁;万发荣;龙毅;

模具电火花成形加工的电极制造技术    高上品;

染料敏化纳米薄膜太阳电池的新型对电极研究    方晓明;张正国;马婷丽;

染料敏化太阳能电池基础研究及产业化新进展    孙惠成;罗艳红;李冬梅;孟庆波;

扣人心弦的新一代台湾光阳极光250    吴正权

用于电化学太阳电池的几种多晶n-CdS光阳极特性的研究    傅宏达,宋天平,张伯荣,糜天英

染料敏化太阳能电池的研究与发展现状    于哲勋;李冬梅;秦达;孙惠成;张一多;罗艳红;孟庆波;

使用不对称矩形脉冲电流沉积n-CdTe薄膜光阳极    庞仁德,邓薰南

染料敏化太阳电池光阳极薄膜研究进展    李树全;林建明;张秀坤;李彪;徐波;

取向多壁碳纳米管的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    张永昌;林红;李建保;

基于氮掺杂的高活性二级分叉氧化锌四角叉结构的光阳极在光电化学制氢的应用    丘勇才;杨世和;

高性能柔性载铂对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    傅年庆;林原;

新型固态染料敏化太阳能电池对电极设计及聚吡咯对电极研究    夏江滨;陈玲;

染料敏化太阳能电池用三维海胆状ZnO微纳结构光阳极的合成与光电转换性能研究    张新华;陈翌庆;程银芬;

金属有机框架在染料敏化太阳能电池界面调控中的应用    李亚峰;魏明灯;

电积沉方法制备染料敏化太阳能电池的对电极(英文)    Jeng-Yu Lin;Jen-Hung Liao;

低温两步法合成掺杂型纳米晶TiO_2光阳极及其电池性能分析    许程;苏奎;唐成;

染料敏化太阳电池光阳极薄膜的研究进展    郭晓伟;陈改荣;王辉;苗超林;苗郁;曹志民;

新型、高效染料敏化太阳能电池碳对电极    罗艳红;刘喜哲;黄振;孟庆波;

MWCNT/TiO_2复合对电极的制备及其光电化学性能研究    顾云良;王育乔;孙岳明;

染料敏化太阳能电池更高效    张宁

染料敏化太阳能电池专利申请分析    素白

未来主导：染料敏化太阳能电池    本报记者 滕继濮

测定电极消耗 改善电极使用性能    杨雄飞

为电池做换“芯”手术    FreeMan

戴尔“电池事件”余震：“肇事者”索尼腹背受敌    本报记者　 郑迪

索尼全球更换笔记本电脑电池组    本报记者　 郎朗

电动汽车：605公里不充电    本报驻德国记者 李山

让DV连续拍摄两个小时    唐春雷

技术之殇：拿什么赌明天？    

高效率染料敏化太阳能电池的电荷传输与复合机理研究    郝锋

染料敏化太阳能电池用聚苯胺电解质及对电极的制备与性能研究    秦琦

染料敏化太阳能电池新型对电极材料研究    姜奇伟

染料敏化太阳能电池准固态电解质及碳基对电极研究    张丁文

敏化太阳能电池光阳极和对电极的制备与研究    朱光

基于微/纳结构Zn、Sn基氧化物的染料敏化太阳能电池光阳极制备、性能研究    李政道

染料敏化太阳能电池光阳极研究    向鹏

新型高效叠层及复合染料敏化太阳能电池研究    苗青青

电化学光电转换与储存的新构思与新技术研究    刘平

染料敏化太阳能电池中电极材料和寄生电阻的研究    周聪华

染料敏化太阳能电池中光阳极和对电极的研究    辛冠琼

染料敏化太阳能电池钛基光阳极及新型对电极的研究    张衡

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

低成本染料敏化太阳能电池的制备及性能研究    储玲玲

染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其性能研究    高峰

染料敏化太阳能电池微铂对电极的制备与性能    马换梅

石墨烯染料敏化太阳能电池的性能研究    程凯

基于钛基底的高效染料敏化太阳能电池的研究    安江

低温柔性染料敏化太阳能电池光阳极的低温制备    张鹏

基于电聚合聚苯胺对电极的离子液体型染料敏化太阳能电池    叶报喜