本文關(guān)鍵詞：染料敏化太陽能電池石墨烯基對(duì)電極研究

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【摘要】：使用了最先進(jìn)技術(shù)的染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)因其光電轉(zhuǎn)化效率高、制作工藝簡單、所需成本較低及環(huán)境友好等特點(diǎn)引起了研究人員的極大關(guān)注。DSSCs由吸附有染料的TiO2光陽極、含有I3-/I-的電解液和對(duì)電極構(gòu)成。其中,對(duì)電極是DSSCs中極為關(guān)鍵的組成部分,起到了收集光陽極中導(dǎo)出的電子并催化還原I3-為I-的作用。傳統(tǒng)的對(duì)電極材料為鉑(Pt),因其具有良好的催化能力。然而,Pt的價(jià)格昂貴且儲(chǔ)量有限,在液體電解質(zhì)中也極易被腐蝕,這嚴(yán)重制約了DSSCs的大規(guī)模應(yīng)用。因此,探索低成本、高催化活性的Pt替代材料迫在眉睫。炭材料種類豐富且來源廣泛,并具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和較高的穩(wěn)定性,已被廣泛的應(yīng)用于能量儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域,如炭黑、富勒烯、碳納米管和石墨烯等。石墨烯是一種單原子厚度的二維炭材料,其獨(dú)特的理化特性使其在DSSCs對(duì)電極材料中深受歡迎。本文以石墨烯基材料為研究對(duì)象,分別合成了磷摻雜的石墨烯(PG)和氮、磷共摻雜的石墨烯(NPG),研究了其作為DSSCs對(duì)電極使用時(shí)對(duì)I3-的催化還原性能。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下：以氧化石墨(GO)為碳源,H3PO4為磷源,通過高溫退火的方法合成了PG。PG很好地維持了石墨烯(G)的二維層狀結(jié)構(gòu),并且雜原子P的引入產(chǎn)生了了更多的缺陷,改變了G的電子特性和化學(xué)特性。與單純的G和商業(yè)化的Pt對(duì)電極相比,PG對(duì)電極對(duì)13-的催化還原性能更優(yōu)�？疾炝瞬荒艿脑吓浔群筒煌耐嘶饻囟葘�(duì)PG對(duì)電極性能的影響,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)GO與H3PO4的質(zhì)量比為1：1,退火溫度為800℃時(shí),DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率可實(shí)現(xiàn)最高的7.86%。也研究了其在超級(jí)電容器中的性能,探索了其作為多功能催化劑的潛質(zhì)。以GO為碳源,三聚氰胺和三苯基膦分別作為氮源和磷源,通過先球磨后高溫煅燒的方法合成了NPG。球磨操作確保了N原子和P原子摻雜到了G的晶格中,使G擁有了豐富的孔洞結(jié)構(gòu)和更多的缺陷位。將其應(yīng)用于DSSCs中時(shí),發(fā)現(xiàn)其對(duì)13-的催化還原性能明顯高于Pt對(duì)電極,并優(yōu)于單元的氮摻雜石墨烯(NG)和磷摻雜石墨烯(PG),這是由于N原子和P原子的協(xié)同作用所導(dǎo)致的�？疾炝瞬煌撵褵郎囟葘�(duì)NPG對(duì)電極性能的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火溫度為900℃時(shí),DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到最高的8.57%。同時(shí),NPG對(duì)電極也有很好的電化學(xué)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 對(duì)電極 催化還原 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-29
• 1.1 太陽能電池研究的歷史與現(xiàn)狀9-12
• 1.1.1 硅基太陽能電池10
• 1.1.2 多元化合物薄膜太陽能電池10
• 1.1.3 新型太陽能電池10-12
• 1.2 染料敏化太陽能電池12-16
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的工作原理14-15
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池的重要性能參數(shù)15-16
• 1.3 染料敏化太陽能電池的對(duì)電極材料16-28
• 1.3.1 Pt對(duì)電極材料16-18
• 1.3.2 無機(jī)化合物對(duì)電極材料18-19
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物對(duì)電極材料19-21
• 1.3.4 炭材料對(duì)電極21-26
• 1.3.5 復(fù)合材料對(duì)電極26-28
• 1.4 本論文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容及意義28-29
• 2 實(shí)驗(yàn)部分29-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備及表征儀器29-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料29-30
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30
• 2.1.3 表征儀器30-31
• 2.2 材料制備31-34
• 2.2.1 氧化石墨(GO)的制備31-32
• 2.2.2 磷摻雜石墨烯的制備32-33
• 2.2.3 氮、磷共摻雜石墨烯的制備33-34
• 2.3 染料敏化太陽能電池的組裝34-35
• 2.3.1 TiO_2光陽極的處理34
• 2.3.2 FTO導(dǎo)電玻璃的處理34
• 2.3.3 粘結(jié)劑的制備34
• 2.3.4 對(duì)電極的制備34
• 2.3.5 電池的組裝34-35
• 2.4 染料敏化太陽能電池的電化學(xué)性能表征35-38
• 2.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試35-36
• 2.4.2 交流阻抗測(cè)試36
• 2.4.3 塔菲爾極化測(cè)試36
• 2.4.4 光伏性能測(cè)試36-38
• 3 磷摻雜石墨烯的制備及其在DSSCs對(duì)電極中的性能研究38-51
• 3.1 引言38-39
• 3.2 電極的制備與電池的組裝39
• 3.3 結(jié)果與討論39-50
• 3.3.1 磷摻雜石墨烯的材料表征39-42
• 3.3.2 磷摻雜石墨烯在DSSCs中的電化學(xué)性能表征42-48
• 3.3.3 磷摻雜石墨烯在超級(jí)電容器中的電化學(xué)性能表征48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 氮、磷共摻雜石墨烯的制備及其在DSSCs對(duì)電極中的性能研究51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 電極的制備與電池的組裝51-52
• 4.3 結(jié)果與討論52-63
• 4.3.0 氮、磷共摻雜石墨烯的材料表征52-56
• 4.3.1 氮、磷共摻雜石墨烯在DSSCs中的電化學(xué)性能表征56-61
• 4.3.2 協(xié)同作用對(duì)NPG性能的影響61-62
• 4.3.3 不同煅燒溫度對(duì)NPG光伏性能的影響62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1089243