【摘要】：作為第三代太陽能電池中的成員之一,染料敏化太陽能電池(DSSCs)因其具備成本低、制備工藝簡單和環(huán)境友好等優(yōu)點而備受矚目。通常,DSSCs由納米多孔TiO_2薄膜,染料光敏化劑,含有氧化還原電對的電解質(zhì)(通常為三碘化物/碘化物)和對電極(CE)組成。其中,對電極是影響染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵部件。金屬鉑(Pt)是最常用的對電極催化材料,有著優(yōu)異的導(dǎo)電性和電催化活性。然而鉑儲量有限,價格昂貴,且易被碘電解液腐蝕,影響電池的壽命和穩(wěn)定性,不利于大規(guī)模實際應(yīng)用。因此,開發(fā)能夠替代鉑來源豐富高效低成本的對電極催化材料十分必要。本文首先采用靜電紡絲法制備碳納米纖維(CNFs),通過簡單的水熱法合成碳纖維負(fù)載三氧化二鐵的復(fù)合電極材料Fe_2O_3/CNFs應(yīng)用在染料敏化太陽能電池中。掃描電子顯微鏡顯示,Fe_2O_3納米顆粒均勻地負(fù)載在CNF表面,為I_3~-到I~-的還原提供了豐富的催化活性位點。一維的CNFs導(dǎo)電率高,能夠有效減少Fe_2O_3納米顆粒的團(tuán)聚,提高材料比表面積,有利于電解質(zhì)中的離子和電子快速傳輸。二者的協(xié)同作用使Fe_2O_3/CNFs表現(xiàn)出較高的催化性能。將復(fù)合材料噴涂在FTO導(dǎo)電基底制成對電極組裝成DSSCs,其開路電壓為0.718V,短路電流密度為16.75 mA cm~(-2),填充因子為0.62,獲得了7.48%的光電轉(zhuǎn)換效率,高于Pt CE的效率(6.97%)。來源豐富綠色環(huán)保的復(fù)合電極材料有望成為傳統(tǒng)Pt電極的高效替代材料。在第三章,以尿素作為沉淀劑,通過水熱法成功地合成了碳納米纖維負(fù)載NiCo_2O_4納米片復(fù)合對電極催化材料NiCo_2O_4/CNFs,并用作染料敏化太陽能電池的對電極催化材料�；贜iCo_2O_4/CNFs復(fù)合材料對電極的電池開路電壓為0.736V,短路電流密度達(dá)到17.11 mA cm~(-2),填充因子為0.62,最終實現(xiàn)了7.80%的光電轉(zhuǎn)換效率,高于碳纖維(5.75%)和鉑電極(7.35%)。與CNFs相比,NiCo_2O_4/CNFs復(fù)合材料在還原三碘化物的電催化性能方面具有顯著的提升。由于CNFs和NiCo_2O_4之間的協(xié)同作用,NiCo_2O_4/CNFs對電極具有較高的效率和電化學(xué)穩(wěn)定性。在第四章,用PVP作為連接劑,通過水熱法成功地合成了碳納米纖維負(fù)載NiMoO_4納米顆粒復(fù)合對電極催化材料NiMoO_4/CNFs,并用作染料敏化太陽能電池的對電極催化材料,組裝成的DSSCs開路電壓達(dá)到0.803V,短路電流為15.79 mA cm~(-2),填充因子為0.60,最終取得了7.67%的光電轉(zhuǎn)換效率,超過了鉑電極(7.17%)和碳纖維基對電極(5.65%)。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4;TQ426
【圖文】：

圖 1-1 各類太陽能電池研究的效率記錄表[16]1.2 染料敏化太陽能電池研究背景早在 1839 年，貝克勒爾開創(chuàng)性的光電實驗就是用非固態(tài)器件完成的[17]。在他的實驗中，光照射在浸入鹵化銀電解質(zhì)溶液中的兩個鉑電極之間產(chǎn)生電流。這種效應(yīng)現(xiàn)在被

圖 1-2 染料敏化太陽能的結(jié)構(gòu)示意圖[31]陽能電池的基本原理示意圖如圖 1-3 所示。程包括[32]：光照下，染料分子吸收入射光子，被吸收到 TiO2薄膜

圖 1-3 染料敏化太陽能的工作原理圖[33]敏化太陽能電池的光電性能參數(shù)紀(jì) 70 年代以來，太陽能電池行業(yè)一直使用空氣質(zhì)量（Air Mass能電池進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的測定。AM 1.5G 用來模擬太陽光入射到

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本文編號：2786583