【摘要】：在“綠色環(huán)保”理念的引領(lǐng)和“能源危機(jī)”現(xiàn)實(shí)的推動(dòng)下,染料敏化太陽能電池因其制備工藝簡單、成本低廉、能量回報(bào)率高、無毒等優(yōu)點(diǎn)廣受科學(xué)研究者們的青睞。此外,二維碳系材料石墨烯也引起了科學(xué)界極大的研究興趣。利用石墨烯的良好導(dǎo)電性和大的比表面積等優(yōu)點(diǎn),以及石墨烯量子點(diǎn)特殊的光學(xué)性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu),將它們分別應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中,制備石墨烯材料優(yōu)化的染料敏化太陽能電池已逐漸成為本領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。本論文從材料制備入手,具體展開了以下研究內(nèi)容并取得了相關(guān)成果： (1)石墨烯-P25復(fù)合光陽極的制備。利用簡單的球磨法,以石墨烯氧化物(GO)和商業(yè)二氧化鈦(P25)為原料,摸索了GO與P25的最佳比例,制備出了性能優(yōu)異的石墨烯-P25復(fù)合光陽極薄膜,并將其應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中,制備出了性能明顯提高的染料敏化太陽能電池。與純P25染料敏化太陽能電池相比,以石墨烯-P25復(fù)合薄膜為光陽極的電池的光電轉(zhuǎn)效率提高了20%。該種石墨烯的引入導(dǎo)致P25基染料敏化太陽能電池的性能得以提高,主要?dú)w因于GO退火引起薄膜比表面積的增大以及石墨烯自身良好的導(dǎo)電性。此外,由于DSSC光電性能的提高與金紅石含量增加的變化規(guī)律的一致性,表明金紅石相含量的適度增加有利于光陽極內(nèi)光的反射和吸收及電池光電性能的提高。 (2)石墨烯-Ti02復(fù)合光陽極的制備及其DSSC性能的提高。利用水熱法制備了一系列不同石墨烯摻雜含量的Ti02光陽極。研究了不同的石墨烯摻雜量對(duì)電池結(jié)構(gòu)和性能的影響,制備出了性能最優(yōu)的石墨烯摻雜Ti02光陽極膜及其電池。研究表明,石墨烯摻雜能顯著影響該Ti02膜的表面形貌,增加該膜的染料吸附量,提高了所制備電池的開路電壓、短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。并且,在最佳的石墨烯摻雜樣品中獲得了電池的光電轉(zhuǎn)換效率為7.02%,顯著(28.6%)高于未摻雜的樣品。我們初步認(rèn)為石墨烯摻雜導(dǎo)致的電池性能的改善主要是因?yàn)楸∧け缺砻娣e的提高導(dǎo)致染料吸附量的增加以及石墨烯的良好導(dǎo)電性。 (3)石墨烯量子點(diǎn)優(yōu)化的Ti02光陽極的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。石墨烯量子點(diǎn)具有優(yōu)越的光學(xué)特性,本研究首次成功地制備了GQDs輔助敏化的Ti02光陽極及其DSSCs。Raman譜和TEM觀測證實(shí)了GQDs的特性。研究表明,光陽極的染料吸附量隨GQDs負(fù)載量的增加呈先降低后增加的規(guī)律,而對(duì)應(yīng)的DSSCs的短路電流Jsc、開路電壓Voc及光電轉(zhuǎn)換效率η呈現(xiàn)先增加后降低的規(guī)律。GQDs優(yōu)化的最佳的DSSC的Jsc和n為14.07±0.02mA/cm2及6.10±0.01%,比傳統(tǒng)的DSSC的Jsc和η分別提高了約30.9%和19.6%。這些DSSCs性能的改善主要?dú)w因于GQDs優(yōu)良的光敏響應(yīng)及其對(duì)TiO2的熱電子注入效應(yīng)。此研究表明GQDs不僅可改善DSSC的性能,還可在一定程度上減少染料的使用,具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的重要意義。
[Abstract]:Under the guidance of the idea of "green environment" and the reality of "energy crisis", dye sensitized solar cells are favored by scientific researchers for their advantages of simple preparation process, low cost, high energy return rate and non-toxicity. In addition, graphene, a two-dimensional carbon-based material, has attracted great interest from the scientific community. Based on the advantages of good electrical conductivity and large specific surface area of graphene, as well as the special optical properties and band structure of graphene quantum dots, they are applied to dyestuff sensitized solar cells, respectively. Dye-sensitized solar cells with optimized graphene materials have become one of the research hotspots in this field. In this thesis, the following research contents are carried out: (1) preparation of graphene-P25 composite photoanode. The graphene P25 composite photoanode thin films with excellent properties were prepared by a simple ball milling method using graphene oxide (GO) and commercial titanium dioxide (P25) as raw materials, and the optimum ratio of GO to P25 was explored. It was applied to dye sensitized solar cells, and the dye sensitized solar cells with better performance were prepared. Compared with pure P25 dye sensitized solar cells, the photoconversion efficiency of the cells with graphene P25 composite film as the photoanode was increased by 20%. The introduction of graphene improved the performance of P25-based dye sensitized solar cells, which was mainly attributed to the increase of the specific surface area of the films caused by GO annealing and the good electrical conductivity of graphene itself. In addition, the increase of DSSC photoelectric property is consistent with the increase of rutile content, which indicates that the moderate increase of rutile phase content is beneficial to the light reflection and absorption in the photoanode and the improvement of the photovoltaic performance of the cell. (2) preparation of graphene-Ti02 composite photoanode and improvement of its DSSC properties. A series of Ti02 photoanodes with different graphene content were prepared by hydrothermal method. The effect of different amount of graphene doping on the structure and properties of the battery was studied. The graphene doped Ti02 photoanode film and its cell were prepared. The results show that graphene doping can significantly affect the surface morphology of the Ti02 film, increase the amount of dye adsorption, and improve the open circuit voltage, short circuit current density and photoelectric conversion efficiency of the prepared battery. In addition, the photovoltaic conversion efficiency of the battery was 7.022 in the best graphene doped sample, which was significantly higher than that of the undoped sample (28.6%). We preliminarily believe that the improvement of cell performance caused by graphene doping is mainly due to the increase of the specific surface area of the film and the increase of the dye adsorption capacity and the good conductivity of graphene. (3) preparation of Ti02 photoanode optimized by graphene quantum dots and its application in dye sensitized solar cells. Graphene quantum dots (QDs) have excellent optical properties. In this study, GQDs assisted sensitized Ti02 photoanodes and their DSSCs.Raman spectra and TEM measurements have been successfully prepared for the first time to confirm the properties of GQDs. The results show that the dye adsorption capacity of photoanode decreases first and then increases with the increase of GQDs loading. The corresponding short-circuit current Jsc, open-circuit voltage Voc and photoelectric conversion efficiency 畏 of DSSCs are increased first and then decreased. The Jsc and n of the optimized DSSC are 14.07 鹵0.02mA/cm2 and 6.10 鹵0.01, which are 30.9% and 19.6% higher than that of the traditional DSSC Jsc and 畏, respectively. The improvement of DSSCs performance is mainly due to the excellent Guang Min response of GQDs and its hot electron injection effect on TiO2. This study shows that GQDs can not only improve the performance of DSSC, but also reduce the use of dyes to a certain extent.
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李惠茗;張鵬云;李春新;;石墨烯的制備方法及表征研究[J];鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

2 李永璽;陳_g;莊小東;張斌;朱金輝;李佩佩;牛麗娟;;石墨烯化學(xué)及潛在應(yīng)用[J];上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

3 王新偉;楊艷;田宏偉;鄭偉濤;;石墨烯的化學(xué)方法合成及其表征[J];中國科技論文在線;2011年03期

4 張文毓;;石墨烯應(yīng)用研究進(jìn)展綜述[J];新材料產(chǎn)業(yè);2011年07期

5 龍威;黃榮華;;石墨烯的化學(xué)奧秘及研究進(jìn)展[J];洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

6 蒲琳鈺;馬擁軍;胡海龍;裴重華;;水熱法制備氟化石墨烯[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

7 張閔;尚小鵬;李靜;王賢保;;石墨烯及其復(fù)合材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];膠體與聚合物;2012年04期

8 ;15英寸單層石墨烯透明電極制備成功[J];機(jī)電工程技術(shù);2013年02期

9 孫曉霞;;石墨烯:產(chǎn)業(yè)起步 引導(dǎo)為重[J];新材料產(chǎn)業(yè);2013年09期

10 ;我國百噸級(jí)氧化石墨(烯)/石墨烯粉體生產(chǎn)線投產(chǎn)[J];新材料產(chǎn)業(yè);2013年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無機(jī)非金屬復(fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2257487