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碳材料对电极在染料敏化太阳能电池中应用

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:00:19
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碳材料对电极在染料敏化太阳能电池中应用【摘要】:近年来,染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSC)吸引了众多学者的目光。典型的一个DSC主

【摘要】:近年来,染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSC)吸引了众多学者的目光。典型的一个DSC主要包括三部分:经染料敏化的纳米晶半导体光阳极(半导体材料通常为Ti02)、含有一对氧化还原电对(通常为13-/I-)的电解液和对电极(CE)。对电极作为DSC的重要组成部分,最常使用的催化材料是贵金属Pt。而Pt对电极在DSC制作成本里占有很大的比重(因为Pt储量少、昂贵),并且Pt很容易被碘电解液腐蚀,从而影响DSC稳定性。为了降低DSC的制作成本和提高其稳定性,因而研究并开发低成本、高效的DSC对电极非铂类催化材料就显得至关重要。 本论文在相同条件下比较了3种碳材料(活性碳Ca、导电碳Cc和碳纳米管Cn)的催化性能。实验表明,这三种碳材料均表现出一定的催化性能,其中,Cc的催化性能最差,电池效率仅为2.13%,Ca次之,电池效率为2.23%,Cn的催化效率最高,电池效率为3.06%。Cc-DSC和Cn-DSC的开路电压(Voc)虽然略高于Pt-DSC,但由于Pt-DSC的短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)均较大,所以二者的电池效率均小于Pt-DSC的电池效率。通过电化学阻抗、循环伏安和塔菲尔极化曲线实验进行了催化材料对传统氧化还原电对(I3-/I-)还原再生催化机理研究。这些电化学测试也表明,在这三种碳材料中,Cn具有较高的催化活性。 综上所述,本论文设计并合成了三种非Pt催化材料,并将其用于染料敏化太阳能电池,丰富了对电极催化材料的取材范围,降低了器件的制作成本。 【关键词】:碳材料 对电极 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-9
  • 第1章 绪论9-14
  • 第2章 染料敏化太阳能电池及其研究现状14-26
  • 2.1 染料敏化太阳能电池14-16
  • 2.1.1 DSC的结构14-15
  • 2.1.2 DSC的原理15-16
  • 2.2 DSC的研究与发展现状16-25
  • 2.3 论文选题25-26
  • 第3章 碳材料对电极的制备及其在DSC中应用26-38
  • 3.1 主要的化学品和仪器26-27
  • 3.1.1 化学品26-27
  • 3.1.2 主要使用仪器27
  • 3.2 电池的制备及组装27-28
  • 3.2.1 光阳极制备27
  • 3.2.2 对电极制备27-28
  • 3.2.3 电池的组装28
  • 3.3 材料表征28
  • 3.3.1 X射线衍射(XRD)28
  • 3.3.2 扫描电子显微镜(SEM)28
  • 3.4 电化学表征28-29
  • 3.4.1 循环伏安(CV)28
  • 3.4.2 塔菲尔极化曲线28-29
  • 3.4.3 电化学阻抗29
  • 3.4.4 光电流密度-光电压曲线29
  • 3.5 染料敏化太阳能电池的相关参数29-31
  • 3.5.1 光电转换效率29-30
  • 3.5.2 光电流密度-光电压曲线30-31
  • 3.6 三种碳材料对电极的制备31
  • 3.7 碳材料表征31-33
  • 3.7.1 X-射线衍射分析31-32
  • 3.7.2 形貌分析32-33
  • 3.8 碳材料对电极在DSC中的应用33-34
  • 3.9 碳材料对电极的催化机理研究34-38
  • 3.9.1 循环伏安34-35
  • 3.9.2 塔菲尔极化曲线35-36
  • 3.9.3 电化学阻抗36-38
  • 结论38-39
  • 参考文献39-46
  • 致谢46-47
  • 作者简介47


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