聚吡咯及其复合物在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池（DSSC）是近年来发展起来的一种新型太阳能电池，它具有理论转化率高、环境友好、制造工艺简单等优点，成为国内外研究的热点。染料敏化太阳能电池的研究不仅对廉价太阳能电池的探索制备有重要的意义，其研究结果在光电化学、半导体光电子学、有机电解质及纳米多孔材料等方面均具有重要的科学意义。本论文以降低电池成本、提高电池效率为出发点，开展了基于导电聚合物对电极的染料敏化太阳能电池研究。主要研究内容和结果如下： 1．选用不同的模板，通过化学浴沉积法制备了两种形貌的聚吡咯对电极—球状聚吡咯对电极和棒状聚吡咯对电极。相对于无模板制备的常规聚吡咯对电极，球状聚吡咯对电极和棒状聚吡咯对电极表现出更优的电化学催化活性，将球状聚吡咯对电极和棒状聚吡咯对电极组装成DSSC，其光电转换效率分别为4.45%和5.00%。 2．利用棒状聚吡咯较高的比表面积，通过循环伏安法在聚吡咯纳米棒上包覆一层铂纳米颗粒得到PPy/Pt低铂复合纳米棒催化剂，通过两者的复合，PPy/Pt结合了PPy和Pt各自的优点并表现出电导率高、催化活性优异的性能；基于PPy/Pt复合纳米纤维对电极的DSSC取得了高达7.08%的光电转换效率； 3．在棒状聚吡咯对电极的基础上，引入过渡金属硫化物，通过循环伏安法电沉积一层硫化钴制备了PPy/CoS无铂复合物对电极，电化学测试表明，在电沉积CoS的厚度为100nm的优化条件下，PPy/CoS复合物对电极具有明显优于Pt对电极的电催化活性，基于PPy/CoS对电极的DSSC取得了高达7.52%的最佳光电转换效率。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 聚吡咯 复合物对电极 铂 硫化钴
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太阳能电池的发展历史10-12
• 1.3 DSSC 的组成结构和工作原理12-14
• 1.3.1 DSSC 的组成结构12-13
• 1.3.2 DSSC 的工作原理13-14
• 1.4 DSSC 的研究进展14-21
• 1.4.1 DSSC 光阳极的研究进展15-16
• 1.4.2 DSSC 电解质的研究进展16-18
• 1.4.3 DSSC 对电极的研究进展18-21
• 1.5 DSSC 的优势及所面临的问题和挑战21
• 1.6 本论文的研究内容及意义21-23
• 第2章 电池的制备及表征23-30
• 2.1 DSSC 的制备23-24
• 2.1.1 光阳极的制备23-24
• 2.1.2 染料的配置及阳极膜的敏化24
• 2.1.3 液体电解质的配置24
• 2.1.4 传统 Pt 对电极的制备24
• 2.2 DSSC 的组装和测试24-25
• 2.2.1 DSSC 的组装24
• 2.2.2 DSSC 光电转换性能测试24-25
• 2.3 DSSC 性能指标25-27
• 2.3.1 开路电压和短路电流25
• 2.3.2 光电转换效率25-26
• 2.3.3 J-V 特性曲线26
• 2.3.4 填充因子26-27
• 2.4 测试及表征方法27-30
• 2.4.1 扫描电镜 (SEM) 和能谱（EDX）测试27
• 2.4.2 红外光谱分析27
• 2.4.3 电压及电流的测量27
• 2.4.4 循环伏安测试(CV)27
• 2.4.5 阻抗测试(EIS)27-28
• 2.4.6 塔菲尔极化 (Tafel polarization) 测试28-30
• 第3章 球状及棒状聚吡咯对电极的制备及其在 DSSC 中的应用30-40
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验内容31-34
• 3.2.1 实验主要药品和仪器31-32
• 3.2.2 球状聚吡咯对电极及棒状聚吡咯对电极的制备32-33
• 3.2.3 TiO_2光阳极的制备和 DSSC 测试33-34
• 3.3 结果与分析34-39
• 3.3.1 SEM 表征34-35
• 3.3.2 聚吡咯的 FTIR 表征及分析35-36
• 3.3.3 电化学活性测试36-38
• 3.3.4 DSSC 的 I-V 测试38-39
• 3.4 结论39-40
• 第4章 PPy/Pt 对电极40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-42
• 4.2.1 实验原料与仪器40-41
• 4.2.2 PPy/Pt 对电极的制备41-42
• 4.2.3 DSSC 的制备42
• 4.3 结果与讨论42-48
• 4.3.1 EDX 表征及分析42-43
• 4.3.2 SEM 表征及分析43
• 4.3.3 电化学活性表征43-47
• 4.3.4 电池的光电性能47-48
• 4.4 结论48-50
• 第5章 PPy/CoS 复合物对电极50-63
• 5.1 引言50
• 5.2 实验部分50-52
• 5.2.1 实验药品和实验仪器50-51
• 5.2.2 PPy/CoS 对电极的制备51-52
• 5.2.3 DSSC 的制备52
• 5.3 结果与讨论52-61
• 5.3.1 EDX 表征及分析52-53
• 5.3.2 SEM53
• 5.3.4 循环伏安测试53-58
• 5.3.5 电化学阻抗分析和塔菲尔极化曲线58-60
• 5.3.6 DSSC 光电性能60-61
• 5.4 结论61-63
• 第6章 结论63-67
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-67
• 参考文献67-77
• 致谢77-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79-80

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