基于太阳能电池效率提高的对电极修饰工艺

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种可将太阳能转换为光能的光电转换装置。因为其具有原材料丰富、价格低廉、制备工艺技术相对简单、容易大规模生产和环境友好等优势,在众多太阳能电池之中脱颖而出,受到研究者的广泛关注。光阳极、光敏化剂、氧化还原电解液和对电极是DSSCs的重要组成部分,在DSSCs的对电极中,最常使用的是对I3-/I-具有高催化活性的铂(Pt)。但是由于铂(Pt)作为贵金属,其价格相对比较昂贵,从而大大的限制其在工业生产中的大规模使用。因此,对于构筑对电极的材料,不仅要选择具有优异的光电转换性能和高稳定性的催化材料,还要考虑到价格因素的影响。本论文主要通过以钨的氧化物和氧化石墨等为原料,采用溶剂热等方法构筑价格低廉的高性能W18O49-石墨烯(rGO)及WN-rGO的复合对电极材料。系统研究了复合对电极材料的结构、催化特性与对电极光电转换性能之间的关系。本论文的主要研究内容如下:1)采用溶剂热方法,通过控制反应物钨源(WCl6)与氧化石墨(GO)的量成功构筑了不同W18O49含量的W18O49-rGO复合对电极材料,研究其复合材料基对电极的催化性能与DSSC光电性能之间的关系。发现当W18O49的含量为35%时,由复合材料基对电极构筑的DSSC的光电转换效率最高,达到7.2%,与Pt基DSSCs效率(7.5%)相当。这是由于复合材料不但具有较多的W18O49催化活性位点,同时石墨烯具有优异的电子传输特性。2)在NH3气氛下将制备的W18O49-rGO的复合材料进行氮化,最终得到了WN-r GO的复合材料对电极。通过光电性能测试表明,复合材料对电极构筑的DSSC的光电转换效率达到7.4%,明显高于采用相同方法制备的单纯的石墨烯纳米片和单纯的W18O49对电极构筑的DSSC。 【关键词】：W18O49-rGO 对电极 活性位点 溶剂热法 电子传输特性 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-27
• 1.1 研究背景9
• 1.2 太阳能电池简介9-12
• 1.2.1 太阳能电池的分类10-11
• 1.2.2 太阳能电池的发展11-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池12-17
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的发展12-13
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理13-17
• 1.4 染料敏化太阳能电池对电极的研究进展17-25
• 1.4.1 金属对电极17-18
• 1.4.2 碳对电极18-20
• 1.4.3 聚合物对电极20-21
• 1.4.4 过渡金属化合物对电极21-24
• 1.4.5 多元化合物对电极24-25
• 1.4.6 复合物基对电极25
• 1.5 本课题的立题思想及其意义25-27
• 第2章 实验材料和表征方法27-33
• 2.1 实验试剂及仪器27-29
• 2.1.1 实验主要试剂27-28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 材料表征方法及原理29-33
• 2.2.1 X-射线衍射（XRD）29
• 2.2.2 拉曼光谱分析（Raman）29
• 2.2.3 X射线光电子能谱（XPS）29-30
• 2.2.4 扫描电子显微镜（SEM）30
• 2.2.5 透射电子显微镜（TEM）30
• 2.2.6 热重分析（TGA）30
• 2.2.7 光电化学的光电流-电压曲线（J-V）30-31
• 2.2.8 电化学阻抗谱（EIS）31
• 2.2.9 循环伏安曲线（CV）31-32
• 2.2.10 Tafel极化曲线测试（Tafel）32-33
• 第3章 W_(18)O_(49-r)GO复合对电极的制备及其性能研究33-48
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 石墨烯的制备工艺34
• 3.2.2 W_(18)O_(49-r)GO复合对电极的制备工艺34-35
• 3.2.3 W_(18)O_(49-r)GO复合对电极光化学电池的组装工艺35
• 3.3 结果与讨论35-47
• 3.3.1 W_(18)O_(49-r)GO复合对电极材料结构的表征分析35-42
• 3.3.2 W_(18)O_(49-r)GO复合对电极材料光电性能的表征分析42-43
• 3.3.3 对电极的循环伏安测试43-45
• 3.3.4 光电化学池的电化学阻抗谱测试45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 WN-r GO的复合材料对电极的制备及其性能研究48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 WN-rGO的复合对电极的制备工艺48-49
• 4.2.2 WN-rGO的复合对电极光化学电池的组装工艺49
• 4.3 结果与讨论49-57
• 4.3.1 WN-rGO的复合对电极材料结构的表征分析49-53
• 4.3.2 WN-rGO的复合对电极材料光电性能的表征分析53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表的专利68

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