新型无机化合物材料在染料敏化太阳能电池对电极中的应用

摘要

对电极是染料敏化太阳能电池(DSSC)的重要组成部分，主要负责将外电路电子传递到对电极/电解质界面上以及催化还原氧化态电解质。传统的DSSC对电极是镀铂的导电玻璃，但铂是稀有贵金属，而且铂电极制备过程耗能较高，不利于DSSC大规模工业化生产。因此研究新型廉价、高效的对电极催化材料具有重大的意义。本文以不同无机化合物对电极材料为研究对象，开展了以下具有创新性的研究工作。
　　(1)通过简单的原位水热合成方法制备NiS2@RGO纳米复合物，并用滴涂法将复合材料制备成新型DSSC对电极。由电化学表征的结果可知，复合材料中NiS2与RGO对I3ˉ离子的还原反应有积极的协同效应，提高了电极材料的催化活性，使DSSC的能量转换效率得到明显提高。以NiS2@RGO对电极组装的DSSC的能量转换效率达到了8.55％，明显高于以NiS2对电极组装的DSSC(PCE=7.02％)及以RGO对电极组装的DSSC（PCE=3.14％）。在光伏性能方面，NiS2@RGO对电极表现甚至优于Pt对电极，表明了所制备的复合材料是潜在的可替代Pt的优良DSSC电极材料。
　　(2)采用简单的一步水热合成方法，制备了石墨烯状的MoSe2，并通过滴涂法制备成新型的DSSC对电极。通过一系列的电化学行为的表征测试，证明层状的MoSe2晶体对I3ˉ离子的还原反应具有良好的电催化活性。由所制备的MoSe2对电极组装的DSSC光伏性能优异，能量转换效率达到了7.98％，接近于Pt电极组装的DSSC（其能量转换效率为8.22％）。
　　(3)利用氧化石墨(GO)纳米片层上的含氧官能团与金属硒化物的化学作用，通过简单的自组装方法，成功制备了Co0.85Se/GO及Ni0.85Se/GO复合薄膜，然后用原位还原的方法将Co0.85Se/GO及Ni0.85Se/GO复合薄膜转变为Co0.85Se/RGO及Ni0.85Se/RGO膜。研究发现复合薄膜内Co0.85Se或Ni0.85Se与RGO纳米片对I3-离子的还原反应有协同催化效应，提高了电极的催化活性，使得组装的DSSCs光电性能得到提高。以Co0.85Se/RGO及Ni0.85Se/RGO对电极组装的DSSC的能量转换效率达到了8.91％及7.78％，相比Co0.85Se,Ni0.85Se及RGO电极组装的器件提高了很多。该方法制备的对电极金属硒化物负载量低，生产工艺简单，进一步降低对电极的生产成本。同时也是一种提高金属硒化物导电性能及综合性能的简单方式，为研究新型廉价高效的DSSC对电极提高新的思路。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2．染料敏化太阳能电池的结构和工作原理

1．2．1．DSSC的结构

1．2．2．DSSC的工作原理

1．2．3．染料敏化太阳能电池的性能表征参数

1．3 染料敏化太阳能电池研究进展

1．3．1 半导体光阳极研究进展

1．3．2 电解质研究进展

1．3．3 光敏染料

1．3．4 对电极

1．4 论文的选题意义及主要研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 仪器与试剂

2．2 TiO2浆料的制备

2．3 TiO2光阳极的制备

2．4 液态电解质的配制

2．5 热解铂对电极的制备

2．6 封装电池

2．7 电池的光电性能测试

2．8 氧化石墨的合成

参考文献

第三章 二硫化镍／石墨烯纳米复合物对电极

3．1 引言

3．2 试验部分

3．2．1 氧化石墨(GO)以及二硫化镍／石墨烯纳米复合物(NiS2@RGO)的合成

3．2．2 NiS2，RGO以及NiS2@RGO对电极的制备以及DSSCs的组装

3．2．3 对电极的表征及光伏性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 GO、RGO、NiS2和NiS2@RGO的表征

3．3．2 对电极的电化学表征

3．3．3 DSSC的性能表征

3．4 本章小结

参考文献

第四章 MoSe2对电极的性能研究和表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 MoSe2的合成及其对电极制备

4．2．2 对电极的表征及光伏性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 水热反应产物的表征

4．3．2 对电极的电化学表征

4．3．3 对电极的光伏性能

4．4 本章小结

参考文献

第五章 自组装法制备Ni0．85Se／RGO及Co0．85Se／RGO薄膜对电极

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 Ni0．85Se，Co0．85Se纳米晶体的合成

5．2．2 Ni0．85Se／RGO及Co0．85Se／RGO薄膜对电极的制备

5．2．3 对电极的表征及光伏性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 GO，RGO，Ni0．85Se，Co0．85Se，Ni0．85Se／RGO，Co0．85Se／RGO薄膜的表征

5．3．3 对电极电化学表征

5．4 DSSCs的光伏性能表征

5．5 本章小结

参考文献

全文总结

攻读硕士学位期间已取得的研究成果

致谢

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