本文關(guān)鍵詞：復(fù)合碳材料對(duì)電極的制備與光電化學(xué)性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 染料敏化太陽(yáng)能電池 對(duì)電極 炭黑 聚苯胺 光電化學(xué)性能

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)因其價(jià)格較低、制備簡(jiǎn)便、質(zhì)料對(duì)環(huán)境無(wú)污染、光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一,它極有可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池而成為新型的光伏元件,受到了科研界與工業(yè)界的一致關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池一般主要由三部分組成,分別為光陽(yáng)極(已敏化過(guò)的納米晶半導(dǎo)體)、對(duì)電極和電解質(zhì)。其中對(duì)電極部分在DSSC的工作過(guò)程中擔(dān)當(dāng)催化還原氧化態(tài)電解質(zhì)的關(guān)鍵任務(wù),其電催化功能、電子傳輸能力、光電化學(xué)持久性等方面的性能也會(huì)在一定水平上制約著電池的光伏表現(xiàn)。傳統(tǒng)上的對(duì)電極是由一塊鍍了鉑(Pt)的導(dǎo)電玻璃充當(dāng),然而Pt為貴金屬,Pt電極制作過(guò)程需成本較高,在實(shí)際中的大范圍運(yùn)用受到局限。所以,采用相對(duì)簡(jiǎn)便的手段,制得價(jià)格較低、效率較高的對(duì)電極,對(duì)DSSC的發(fā)展具有十分重要的意義。本文主要從這一方面入手,研究了具有差異的幾種復(fù)合材料對(duì)電極的制備及性能。(1)F摻雜Sn02/炭黑復(fù)合材料對(duì)電極的制備及其性質(zhì)研究。由于炭黑具有成本低廉,電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),并且對(duì)碘三化合物具有較優(yōu)良的催化活性,本文采用水熱法合成F摻雜的SnO2水膠體,以此作為黏合劑,進(jìn)而制出F摻雜SnO2/炭黑對(duì)電極。通過(guò)XRD和SEM分別對(duì)制備出的薄膜納米晶對(duì)電極進(jìn)行晶相分析和形貌觀察測(cè)試。通過(guò)光電化學(xué)、電化學(xué)測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)行光電化學(xué)和電化學(xué)性能測(cè)試。研究表明,光陽(yáng)極為N719敏化過(guò)的Ti02薄膜納米晶電極,相對(duì)比于鉑對(duì)電極進(jìn)行測(cè)試,基于F摻雜Sn02/炭黑對(duì)電極的開(kāi)路光電壓顯著提高,由0.693 V到0.710 V,提高了2.45%,電池的光電轉(zhuǎn)換效率為6.01%,僅次于Pt對(duì)電極的8.41%,將來(lái)鉑對(duì)電極有望被代替。(2)聚苯胺／炭黑復(fù)合對(duì)電極的制備及其性質(zhì)研究。鑒于導(dǎo)電聚苯胺(PANI)自身的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性,炭黑顆粒有效地吸附在聚苯胺的枝狀長(zhǎng)鏈上,這將會(huì)大大的增強(qiáng)薄膜對(duì)電極的催化活性。本文將聚苯胺、炭黑在室溫條件下按不同的質(zhì)量比機(jī)械混合,向此混合物中加入N-甲基吡咯烷酮、OP乳化劑、PVP溶液,經(jīng)充分研磨,制得薄膜對(duì)電極。SEM測(cè)試表明聚苯胺網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)顯著,適量的炭黑能夠有效填充聚苯胺的網(wǎng)狀空隙,為I3-/I-氧化還原電對(duì)提供了較有效的催化活性枝點(diǎn)。對(duì)該對(duì)電極組裝成的染料敏化太陽(yáng)能電池進(jìn)行100mW/cm2的白光照射。測(cè)試結(jié)果顯示：復(fù)合材料對(duì)電極中炭黑含量變化時(shí),光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)有所不同,適量的炭黑有助于改善其光電性質(zhì),當(dāng)炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),該對(duì)電極組裝后的電池光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大,約為8.29%,僅次于鉑的8.90%。與此同時(shí),開(kāi)路光電壓為：0.694 V,該電壓大于鉑的(0.681 V),增加了1.91%,可見(jiàn)在DSSCs中,聚苯胺/炭黑復(fù)合對(duì)電極在提高電池的光電性能方面具有一定潛力。(3)ZnO(Al)/石墨復(fù)合薄膜對(duì)電極的制備及性能研究。首先合成ZnO(Al)溶膠,并和石墨粉混合后涂在基底導(dǎo)電玻璃上,經(jīng)高溫煅燒、退火后制得Al摻ZnO/石墨粉復(fù)合材料對(duì)電極。采用電化學(xué)、光電化學(xué)手段對(duì)基于該對(duì)電極的電池進(jìn)行性能研究。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,和鉑對(duì)電極相比,ZnO (Al)/石墨粉復(fù)合對(duì)電極的光電性能較為穩(wěn)定,光電轉(zhuǎn)化效率(η)8.21%,僅次于Pt(8.90%),開(kāi)路光電壓明顯提高,由0.682 V到0.690 V,提高了1.18%;相比于Al摻雜ZnO對(duì)電極,Al摻雜ZnO/石墨復(fù)合對(duì)電極的光電性能有了很大改善,其Isc、Voc、FF、η均有了很大的提高,η由2.93%增到8.21%。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 對(duì)電極 炭黑 聚苯胺 光電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：信陽(yáng)師范學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 研究意義11-12
• 1.3 太陽(yáng)能電池的概念及分類(lèi)12-13
• 1.4 染料敏化太陽(yáng)能電池13-19
• 1.4.1 染料敏化太陽(yáng)能電池概述13-15
• 1.4.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的特性15
• 1.4.3 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及其原理15-18
• 1.4.3.1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.4.3.2 染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換原理16-18
• 1.4.4 評(píng)價(jià)DSSCs的性能標(biāo)準(zhǔn)18-19
• 1.5 染料敏化太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展19-27
• 1.5.1 染料敏化太陽(yáng)能電池染料的研究進(jìn)展19-23
• 1.5.2 染料敏化太陽(yáng)能電池陽(yáng)極材料的研究進(jìn)展23-25
• 1.5.3 對(duì)電極材料的研究25-27
• 1.6 論文的選題依據(jù)和主要內(nèi)容27-29
• 第2章 F摻雜SnO_2/炭黑復(fù)合對(duì)電極的制備及其性能研究29-40
• 2.1 引言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 試劑與材料29-30
• 2.2.2 染料敏化TiO_2納米晶電極的制備30-31
• 2.2.3 F摻雜SnO_2/炭黑復(fù)合對(duì)電極的制備31
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)方法31
• 2.3 結(jié)果與討論31-35
• 2.4 對(duì)F摻雜SnO_2/炭黑復(fù)合對(duì)電極的電化學(xué)性能測(cè)試35-37
• 2.5 對(duì)F摻雜SnO_2/炭黑復(fù)合對(duì)電極的光電性能測(cè)試37-39
• 2.6 本章小結(jié)39-40
• 第3章 聚苯胺/炭黑復(fù)合對(duì)電極的制備及其性能研究40-51
• 3.1 引言40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-45
• 3.4 聚苯胺/炭黑復(fù)合對(duì)電極的電化學(xué)性能測(cè)試45-48
• 3.5 聚苯胺/炭黑復(fù)合對(duì)電極的光電化學(xué)性能(I-V)測(cè)試48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第4章 Al摻雜ZnO/石墨復(fù)合對(duì)電極的制備及其性能研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分51-53
• 4.2.1 試劑與材料51-52
• 4.2.2 Al摻雜ZnO/石墨復(fù)合對(duì)電極的制備52
• 4.2.3 測(cè)試方法52-53
• 4.3 結(jié)果與討論53-56
• 4.4 Al摻雜ZnO/石墨復(fù)合對(duì)電極的相關(guān)電化學(xué)測(cè)試56-58
• 4.5 光電轉(zhuǎn)化效率測(cè)試(I-V)58-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 第5章 結(jié)論61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-72
• 攻讀學(xué)位期間獲得與學(xué)位論文相關(guān)的科研成果目錄72

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10 丁雨田;尚興記;王t，

本文編號(hào)：1031653