染料敏化太阳能电池对电极材料研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池是一种新型的基于分子组分将光能转化为为电能的将光能转化成电能的装置，自从1991年被Gr tzel教授报道以来，由于其简单的制备工艺和廉价的制备成本一直受到研究者的关注。该类型电池由三部分组成：染料分子敏化的光阳极、含有氧化还原电对的电解质和催化电解质再生的对电极。对电极对于这个电池的整个循环过程的完成有极其重要的作用，因而对电极材料的研究也成为染料敏化太阳能电池的重要分支。 本文采用多酸α-K_3H_4[SiW_9Al_3(H_2O)_3O_(37)·7H_2O（记做SiW_9Al_3）和邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)交替电化学沉积法对Pt对电极材料进行修饰。并通过交流阻抗方法研究了不同沉积层数的多酸对Pt电极催化能力的影响。从交流阻抗的结果中看出，多酸修饰的Pt电极的串联电阻均降低，电荷转移阻抗随着层数的增加呈现先降低后升高的趋势，但均低于没有多酸修饰的Pt电极，三层多酸修饰的Pt电极呈现出最低的电荷转移电阻，因此具有最高的催化能力。我们还采用了循环伏安法对交流阻抗结果，实验的结果表明，通过多酸修饰，Pt电极的氧化峰和还原峰的峰间距减小，这也表明多酸修饰的Pt电极的电催化能力增强。原子力显微镜结果表明多酸修饰的Pt电极的表面的粗糙程度降低，并且在表面形成一些大块状的多酸。将这种三层多酸修饰的复合电极应用到染料敏化太阳能电池中发现，电池的效率提高了大约1%，但是电池的填充因子有所降低，我们通过OCVD（开路电压衰减法）研究发现采用多酸修饰的Pt电极的电池的阳极中电子寿命略有降低。IPCE结果也表明，与使用不修饰的Pt电极的电池相比，使用三层多酸修饰的Pt电极的电池在400-800nm之间光电转化效率均提高。 本文还研究了一步多醇法在FTO基底上合成Cu_2O微米粒子电极做对电极的可能性。扫描电子显微镜结果显示Cu_2O微米粒子大部分都是截角的立方体，只有少量的26面体。XRD结果显示这些微米粒子具有大量的(100)晶面。我们还用循环伏安法、电化学阻抗法和Tafel极化法检测了这种电极催化I-再生的能力，实验结果表明Cu_2O电极的催化能力比经过烧结Cu_2O电极得到的CuO/Cu_2O复合电极的催化能力高。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 多金属氧酸盐 氧化亚铜
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-32
• 1.1 染料敏化太阳能电池工作原理9-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池的性能参数12-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池研究进展15-26
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池染料的研究进展15-17
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池阳极材料的研究进展17-20
• 1.3.3 染料敏化太阳能电池电解质的研究进展20-22
• 1.3.4 染料敏化太阳能电池对电极材料的研究进展22-26
• 1.4 研究对电极的电化学方法26-30
• 1.4.1 循环伏安法26-27
• 1.4.2 电化学阻抗法27-29
• 1.4.3 Tafel 极化法29-30
• 1.5 本文选题依据30-32
• 第二章 多酸修饰Pt电极32-41
• 2.1 多酸简介32-33
• 2.2 电化学沉积多酸修饰电极简介33-34
• 2.3 电沉积法多酸修饰 Pt 对电极34-40
• 2.3.1 实验药品和仪器34
• 2.3.2 多酸的合成34
• 2.3.3 电化学沉积 SiW_9Al_3修饰 Pt 电极34
• 2.3.4 染料敏化太阳能电池的组装34-35
• 2.3.5 不同层数多酸对电极的催化性能35-36
• 2.3.6 多酸修饰对电极的稳定性36
• 2.3.7 多酸修饰对电极的形貌36-37
• 2.3.8 循环伏安法比较多酸修饰电极和 Pt 电极的催化性能37-38
• 2.3.9 使用多酸修饰电极和 Pt 电极的电池的性能38-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 氧化亚铜电极的合成及其电催化性质研究41-47
• 3.1 氧化亚铜简介41
• 3.2 实验部分41-46
• 3.2.1 实验药品和仪器41-42
• 3.2.2 Cu_2O 电极和 CuO/Cu_2O 复合电极的制备42
• 3.2.3 Cu_2O 微米粒子的形成机理42
• 3.2.4 XRD 测试42-43
• 3.2.5 FE-SEM 测试43-44
• 3.2.6 循环伏安测试44
• 3.2.7 交流阻抗测试44-45
• 3.2.8 Tafel 极化测试45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-56
• 致谢56-57
• 硕士期间公开发表论文及著作情况57

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