【摘要】：隨著全球經濟的發(fā)展和文明的進步,人類對清潔能源的渴求日益加劇,染料敏化太陽能電池(DSSC)由于其極具潛力的環(huán)保、低成本等優(yōu)勢,引起了廣泛關注,成為近年來的研究熱點。DSSC主要由染料敏化納米晶半導體薄膜電極(如最常用的FTO/TiO_2電極)、電解質和對電極(如最常用的FTO/Pt電極)三部分構成。如何提高性能、降低成本是當前DSSC電極材料研究的核心內容,對于推動DSSC的大規(guī)模應用具有重要意義。對電極最常用的材料是貴金屬鉑(Pt),但是由于鉑的存儲量十分的有限,它的價格特別昂貴,所以發(fā)展廉價高效的新型對電極材料,對降低DSSC的成本,促進染料敏化太陽能電池的大規(guī)模應用有重要意義。本文主要研究染料敏化太陽能電池的對電極材料,我們合成了兩種廉價高效的對電極材料,分別為具有規(guī)則形狀的NiS亞微米方塊對電極材料和具有二維層狀結構的TiS_2對電極材料,我們對具有特定形貌的NiS、TiS_2材料的制備及相關性能進行了系統(tǒng)研究。1.NiS亞微米方體材料的制備及性能研究。我們對NiS的制備方法進行了系統(tǒng)研究,以簡單易得、價格低廉的NiSO_4·6H_20和NaOH為原料,第一次采用簡單的水熱法合成了具有規(guī)則形狀的NiS亞微米立方體對電極材料。這種立方體的直徑大約在300-800nm之間,用它作為對電極組裝電池,做各種性能測試。測試結果與以Pt為對電極電池做對比,發(fā)現(xiàn)各種性能都有很大提高。為了使所合成的NiS的性能的進一步的提高,我們發(fā)現(xiàn)在氬氣的氣流中400℃的高溫燒結1個小時后,NiS形狀不變,依然保持了規(guī)則的立方體形狀,而且相對于未燒結之前的NiS表現(xiàn)出更卓越的光電性能。這種低成本的Ni亞微米立方體有成為傳統(tǒng)Pt電極替代材料的潛力。2.二維納米TiS_2材料的制備及性能研究。我們對TiS_2的制備方法進行了系統(tǒng)研究,我們發(fā)現(xiàn)采用溶劑熱法在200℃的溫度下能夠合成二維納米超薄TiS_2材料,這種材料擁有與石墨烯類似的形貌。它的厚度在1-10nm之間,直徑大約1-2μm,每一片TiS_2納米片都是由一層或者多層的TiS_2單晶薄片構成。我們所合成的厚度為20μm的TiS_2方塊電阻為7.1Ω·m~(-2),比傳統(tǒng)的Pt電極的14.2Ω·m~(-2)小了近一倍左右。這種二維納米TiS_2對材料不僅具有良好的導電性,而且擁有卓越的電催化性能,可以作為廉價高效的對電極材料應用于染料敏化太陽能電池。
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

圖 1-1 染料敏化太陽能電池的結構示意圖上圖所示的就是染料敏化太陽能電池的結構，它主要由以下幾個部分組成：導電底、光陽極、電解質溶液和對電極[18-20]。（1）導電基底（Conductive substrate）：太陽能電池領域經常被使用的導電基底般為 FTO 或者 ITO。而染料敏化太陽能電池所用的是透明 FTO 導電基底，它是由氧錫（FTO）導電玻璃摻雜氟元素構成的[21]。FTO 導電基底的透光率高一般于 85%，方電阻在十幾歐姆左右，具有極好的熱穩(wěn)定性，非常有利于收集和傳輸電子。（2）半導體光陽極薄膜（Photoanode）:染料敏化太陽能電池的光陽極具有兩個面的作用：①它是光染料敏化劑的載體，染料分子都是吸附在光陽極的半導體納米料上；②它還是獲得和傳輸電子的介質。高效的半導體光陽極薄膜應該具備以下幾性質：①染料敏化太陽能電池所使用的半導體光陽極、染料敏化劑、電解質溶液三間的能級必須要匹配；②半導體光陽極薄膜應該具有吸收盡可能多的染料分子的性這樣才能更多的吸收光子，所組裝的電池的效率才會更高；③光陽極薄膜和電解質

1-2 染料敏化納米晶 TiO2太陽能電池的工作原理圖.( D 和 D*分別為染料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)為氧化還原電解質)染料敏化太陽能電池的工作原理是效仿植物進行光合作用的工作原理，模擬植物利用太陽能來進行光合作用的原理將太陽能轉化為電能，研制出來的一種陽能.電池。在電池的轉換機理上，染料敏化太陽能電池與傳統(tǒng)的硅基太陽能電

光伏性能表征中很直觀的反應電池的優(yōu)劣水平的測試方法。我們可以從 I-性能參數(shù)全面的衡量染料敏化太陽能電池的性能的高低，判斷利用我們的裝的染料敏化太陽能電池在該領域是否具有很好的應用前景等。染料敏化 I-V 曲線如下圖所示，圖中相關的太陽能電池的性能參數(shù)的詳細介紹如下

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本文編號：2800529