SnO2/RGO光阳极的制备及其对染料敏化太阳能电池性能的影响

摘要

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell，DSSC)凭借其工艺简单、制造费用低以及结构可设计的优势被认为是最具工业化前景的太阳能电池。光阳极作为改善DSSC转换效率最重要的部分，而得到广泛的研究。本实验致力于通过制备优越的纳米复合材料，来改善光阳极性能，从而提高DSSC的光电性能。
　　本文首先通过改进的Hummers法获得了氧化石墨烯(GO)，然后利用水热法通过辅助氧化还原反应制备了结构上相互支撑的SnO2/还原氧化石墨烯(RGO)粉体。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对GO、SnO2以及SnO2/RGO等粉体进行结构及形貌的测试分析。结果表明，SnO2颗粒均匀的分散在RGO表面，二者形成一种相互支撑的三维立体结构。且RGO大约为10层，每层厚度约为0.35 nm。
　　采用经典的成胶法将制备的不同质量比的SnO2/RGO复合粉体配制成胶体，利用丝网印刷机将制备好的溶胶均匀一致的涂敷在FTO基体上，经过450℃热处理得到SnO2/RGO纳米复合薄膜光阳极，利用XRD、SEM、TEM等测试手段对薄膜光阳极的结构与形貌进行分析。将得到的光阳极经N719染料浸泡后与电解质、对电极装配成简易DSSCs。对其光电性能(J-V)以及电荷传输行为(EIS)进行表征分析。结果表明，随着复合光阳极中RGO的质量比的提升，对应DSSC的光电转换性能表现为先升后降的趋势，当GO的质量比为20％时，其对应DSSC的光电转换效率(η)最大达到4.58％，且电池的电荷传输电阻最小，寿命最长，说明RGO有利于改善DSSC的光电性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 太阳能电池的发展历程

1．3 染料敏化太阳能电池基础

1．3．1 DSSC的发展历史

1．3．2 DSSC的基本结构

1．3．3 DSSC的工作原理

1．4 DSSC光阳极的研究进展

1．4．1 纳米晶薄膜光阳极

1．4．2 纳米结构薄膜光阳极

1．4．3 复合薄膜光阳极

1．5 SnO2／RGO复合薄膜光阳极

1．5．1 石墨烯的性质与研究进展

1．5．2 SnO2／RGO薄膜光阳极的结构

1．6 本文的主要研究内容及立题依据

第2章 实验部分

2．1 实验原料及仪器设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 仪器设备

2．2 试验方法

2．2．1 FTO导电玻璃的清洗与预处理

2．2．2 氧化石墨烯的制备

2．2．3 SnO2／RGO纳米复合粉体的制备

2．2．4 SnO2／RGO复合光阳极的制备

2．3 电解质及染料的配制

2．3．1 液态电解质的配制

2．3．2 N719染料的配制

2．4 DSSC电池的简易组装

2．5 测试与表征方法

2．5．1 X射线衍射

2．5．2 扫描电子显微镜

2．5．3 透射电子显微镜

2．5．4 紫外可见光谱仪

2．5．5 红外光谱分析

2．5．6 电化学工作站

2．6 本章小结

第3章 SnO2／RGO纳米复合粉体的表征

3．1 前言

3．2 SnO2纳米晶体分析

3．2．1 SnO2纳米晶体的XRD图谱分析

3．2．2 SnO2纳米晶体的SEM分析

3．2．3 SnO2纳米晶体的TEM分析

3．3 氧化石墨烯分析

3．3．1 氧化石墨烯的XRD图谱分析

3．3．2 氧化石墨烯的SEM分析

3．3．3 氧化石墨烯的IR图谱分析

3．4 SnO2／RGO纳米复合粉体分析

3．4．1 SnO2／RGO纳米复合粉体的XRD图谱分析

3．4．2 SnO2／RGO纳米复合粉体的SEM分析

3．4．3 SnO2／RGO纳米复合粉体的TEM分析

3．4．4 SnO2／RGO纳米粉体的IR图谱分析

3．5 本章小结

第4章 SnO2／RGO复合光阳极薄膜的表征及DSSC光电性能分析

4．1 前言

4．2 SnO2光阳极表征及电池性能分析

4．2．1 SnO2薄膜光阳极的SEM图谱

4．2．2 SnO2薄膜光阳极对光谱的响应

4．2．3 SnO2-DSSC的电荷传输行为

4．2．4 SnO2-DSSC的光电性能

4．3 SnO2／RGO薄膜光阳极表征及电池性能分析

4．3．1 SnO2／RGO薄膜光阳极的SEM图谱

4．3．2 SnO2／RGO薄膜光阳极的TEM图谱

4．3．3 SnO2／RGO-DSSC的电荷传输行为

4．3．4 SnO2／RGO-DSSC的光电性能

4．4 不同质量比对复合SnO2／RGO-DSSC性能的影响

4．4．1 不同质量比对复合SnO2／RGO-DSSC电荷传输行为的影响

4．4．2 不同质量比对复合SnO2／RGO-DSSC光电性能的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢