染料敏化太陽能電池新型對電極材料研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)作為一種新型的化學(xué)太陽能電池,由于其低成本的優(yōu)勢,已經(jīng)成為傳統(tǒng)的硅基太陽能電池的替代選擇之一,并成為近年來的研究重點(diǎn)。貴金屬鉑具有優(yōu)良的電催化活性、良好的導(dǎo)電能力和化學(xué)穩(wěn)定性,因此,在目前的染料敏化太陽能電池中,對電極材料一直采用貴金屬鉑。鑒于鉑的資源儲(chǔ)量有限,價(jià)格不斷上漲,所以探索非鉑、廉價(jià)且具有高催化活性的對電極對發(fā)展染料敏化太陽能電池具有重要意義。 本論文工作制備了幾種廉價(jià)的對電極材料,研究了不同對電極材料在染料敏化太陽能電池體系中對電解質(zhì)中的I3-／I-的電催化性能。主要研究工作包括如下內(nèi)容： (1)染料敏化太陽能電池的氮化鈦對電極材料。采用陽極氧化金屬鈦片制備的二氧化鈦納米管陣列,再通過氮化處理直接得到了高度有序的氮化鈦納米管陣列,并首次將其作為染料敏化太陽能電池的對電極進(jìn)行研究。重點(diǎn)研究了氮化鈦電極材料在染料敏化太陽能電池體系中對電解質(zhì)溶液中的I3-／I-的電催化性能,并通過電化學(xué)和光電性能測試,分析了影響對電極的電催化活性的相關(guān)因素。研究顯示,TiN納米管陣列電極有較大的表面積、良好的導(dǎo)電性和電催化活性,用TiN納米管陣列做對電極時(shí),在對電極／電解質(zhì)界面具有較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻和歐姆內(nèi)阻,可使碘離子有良好的擴(kuò)散通道,因此可獲得與用FTO/Pt對電極時(shí)相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)化效率。該研究結(jié)果為高電催化性能和低成本的對電極材料的研究探索了一個(gè)新的發(fā)展方向。 (2)染料敏化太陽能電池的表面氮化鎳對電極材料。本工作研究了表面氮化的金屬鎳片以及鎳顆粒多孔膜的電催化性能。研究顯示,金屬鎳在氨氣中煅燒后,在表面會(huì)形成一層很薄的鎳氮化合物,而其體相仍然保持穩(wěn)定的金屬鎳結(jié)構(gòu)。其中,表層的鎳氮化合物對電催化性能有利,體相的金屬鎳對導(dǎo)電性有利。由于具有這樣的雙重功能結(jié)構(gòu),表面氮化的鎳片和鎳顆粒膜呈現(xiàn)出良好的電催化活性和導(dǎo)電性。相應(yīng)的,將其用作染料敏化太陽能電池的對電極時(shí)可獲得與FTO/Pt對電極時(shí)相當(dāng)?shù)墓怆娹D(zhuǎn)化效率。因此,表面氮化鎳對電極材料可作為非鉑、廉價(jià)的新型電極材料,并有望在將來應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。 (3)染料敏化太陽能電池的介孔碳對電極材料。通過在氬氣中高溫碳化天然竹子和橡木制備了高度有序的介孔碳陣列。由于天然木材有緊密相連的骨架、取向相同的微米管束、均勻的材質(zhì),因此所制備的介孔碳有高度有序的微米管陣列結(jié)構(gòu)、較寬的介孔孔徑、較大的比面積、良好的電催化活性和導(dǎo)電性。采用橡木介孔碳陣列作為染料敏化太陽能電池的對電極,可獲得與FTO/Pt對電極相媲美的光電化學(xué)性能。此外,用天然木材材料作為前驅(qū)體為廉價(jià)介孔碳陣列的大規(guī)模生產(chǎn)提供了一個(gè)簡單的方法。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 對電極 氮化鈦納米管陣列 氮化鎳 介孔碳陣列
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-40
• 第一節(jié) 引言12
• 第二節(jié) 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其原理12-17
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換原理13-17
• 第三節(jié) 染料敏化太陽能電池的發(fā)展史及面臨的問題17-32
• 1.3.1 TiO_2多孔膜的研究進(jìn)展19-21
• 1.3.2 敏化染料的研究進(jìn)展21-23
• 1.3.3 電解質(zhì)的研究進(jìn)展23-24
• 1.3.4 對電極的研究進(jìn)展24-31
• 1.3.6 染料敏化太陽能電池對電極存在的主要問題31-32
• 第四節(jié) 本論文的研究目的和研究內(nèi)容32-33
• 參考文獻(xiàn)33-40
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法40-55
• 第一節(jié) 染料敏化太陽能電池的制備流程40-42
• 第二節(jié) 染料敏化太陽能電池的性能測試42-46
• 2.2.1 開路電壓和短路電流42-43
• 2.2.2 光電轉(zhuǎn)換效率43-45
• 2.2.3 I-V特性曲線45-46
• 第三節(jié) 影響染料敏化太陽能電池性能的主要因素46-49
• 2.3.1 染料敏化太陽能電池本身的因素47-49
• 2.3.2 染料敏化太陽能電池外部的影響因素49
• 第四節(jié) 電極材料的表征分析方法49-53
• 2.4.1 X射線結(jié)構(gòu)分析(XRD)49-50
• 2.4.2 掃描電鏡分析(SEM)50
• 2.4.3 透射電鏡分析(TEM)50
• 2.4.4 X射線光電子能譜分析(XPS)50-51
• 2.4.5 I-V特性曲線測試51-52
• 2.4.6 交流阻抗測試(EIS)52
• 2.4.7 電極材料的BET表面測試52-53
• 參考文獻(xiàn)53-55
• 第三章 TiN電極的制備以及光電性能研究55-73
• 第一節(jié) 引言55-56
• 第二節(jié) 不同對電極的制備以及性能表征56-57
• 3.2.1 對電極的制備56-57
• 3.2.2 電極材料的結(jié)構(gòu)表征57
• 3.2.3 電極材料的I-V特性曲線測試57
• 3.2.4 電極材料的EIS測試57
• 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論57-70
• 3.3.1 電極材料的形貌57-61
• 3.3.2 電極材料的XRD61-62
• 3.3.3 電極材料的XPS62-64
• 3.3.4 電極材料的I-V特性曲線64-65
• 3.3.5 電極材料的EIS65-70
• 第三節(jié) 本章小結(jié)70
• 參考文獻(xiàn)70-73
• 第四章 氮化鎳的制備以及光電性能研究73-95
• 第一節(jié) 引言73
• 第二節(jié) 不同對電極的制備以及性能表征73-75
• 4.2.1 不同對電極的制備73-74
• 4.2.2 樣品的表征74-75
• 4.2.3 電極材料的I-V特性曲線測試75
• 4.2.4 電極材料的EIS測試75
• 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論75-91
• 4.3.1 金屬Ni電極材料在450℃氮化前后的XRD圖75-76
• 4.3.2 氮元素在氮化鎳表面的含量76-78
• 4.3.3 不同氮化鎳電極材料的表面形貌78-79
• 4.3.4 不同電極材料的I-V特征曲線79-81
• 4.3.5 不同電極材料的EIS81-83
• 4.3.6 不同氮化條件下鎳的XRD83-84
• 4.3.7 不同氮化條件下鎳電極的I-V特性曲線84-86
• 4.3.8 金屬鎳氮化物的XPS86-91
• 第三節(jié) 本章小結(jié)91-92
• 參考文獻(xiàn)92-95
• 第五章 納米介孔碳微米管陣列的制備以及光電性能研究95-110
• 第一節(jié) 引言95-96
• 第二節(jié) 納米介孔碳微米管陣列的制備與表征96-97
• 6.2.1 竹子、橡木碳微米管陣列電極的制備96
• 6.2.2 樣品的表征96
• 6.2.3 電極材料的BET表面測試96
• 6.2.4 電極材料的I-V特性曲線測試96
• 6.2.5 電極材料的EIS測試96-97
• 第三節(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論97-107
• 6.3.1 高溫碳化前后材料的XRD97
• 6.3.2 高溫碳化后材料的SEM與TEM97-101
• 6.3.3 天然木材碳化后的孔徑分布與BET表面特征101-103
• 6.3.4 不同對電極的I-V特性曲線103-105
• 6.3.5 不同對電極的EIS105-107
• 第四節(jié) 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻(xiàn)108-110
• 第六章 結(jié)論110-112
• 個(gè)人簡歷及攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的研究成果112-113
• 致謝113

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

用于染料敏化太陽電池的新型低成本高性能對電極    韓麗娟

染料敏化太陽能電池對電極的研究進(jìn)展    李國;胡志強(qiáng);高巖;劉敬肖;劉貴山;

染料敏化太陽能電池對電極的研究進(jìn)展    尹艷紅;許澤輝;馮磊碩;楊書廷;李承斌;

菁類染料敏化的固態(tài)納米TiO_2光電化學(xué)電池    張莉,任焱杰,張正誠,方世碧,田禾,蔡生民

染料敏化納米薄膜太陽電池電解質(zhì)的優(yōu)化    戴松元,肖尚鋒,史成武,陳雙宏,黃陽,孔凡太,胡林華,潘旭,隋毅峰,翁堅(jiān),王孔嘉

溫度對不同電解質(zhì)的大面積DSCs電池性能的影響    戴松元,陳雙宏,肖尚鋒,史成武,黃陽,孔凡太,胡林華,潘旭,翁堅(jiān),郭力,王孔嘉

鉑修飾光陰極及其在納晶太陽能電池中的應(yīng)用    郝三存,吳季懷,林建明,黃昀昉

染料在納米TiO_2薄膜表面吸附性能的研究    胡智學(xué),戴松元,王孔嘉,徐軼達(dá)

納米材料的概述、制備及其結(jié)構(gòu)表征    蔡元霸,梁玉倉

納晶多孔TiO_2薄膜電極的化學(xué)處理    張東社,劉堯,王維波,肖緒瑞

納晶敏化太陽能電池中鉑修飾對電極的一種新制法    陳今茂,馬玉濤,王桂強(qiáng),王正平,周曉文,林原,李學(xué)萍,肖緒瑞

防高能輻射的樹脂/納米鉛復(fù)合材料的制備及研究    安駿,吳海霞,辛寅昌

自潔凈玻璃納米TiO_2薄膜制備的研究進(jìn)展    方向紅;

菁染料的應(yīng)用研究進(jìn)展    蔣林玲;李寶林;

納米TiO_2膜陰極電催化合成丁二酸的研究    顧家山,何心偉,褚道葆

一維Cu-Zn-Al合金納米結(jié)構(gòu)的合成及表征    陳泉水,高后秀,劉雙翼,張貴杰,楊渝欽

OLED Mg/Ag陰極的真空蒸鍍及成膜特性    劉倩;張方輝;李亞利;

納米硅鑲嵌氮化硅薄膜的制備與光致發(fā)光特性    申繼偉;郭亨群;曾友華;呂蓬;王啟明;

納米結(jié)構(gòu)材料在太陽電池中的應(yīng)用    郭延嶺;馬蕾;張志剛;婁建忠;彭英才;

微型固態(tài)庫侖滴定傳感器的研制    陳偉平，王東紅，虞惇，王貴華

電鍍工程中金屬分布研究與預(yù)測    申大志 ,李蕾 ,徐靜年

不同電解質(zhì)對I_3~-/I~-在染料敏化太陽電池Pt對電極上反應(yīng)機(jī)理的研究    湯英童;潘旭;戴松元;張昌能;胡林華;孔凡太;

染料敏化太陽電池的實(shí)用化研究    陳雙宏;翁堅(jiān);黃陽;王利軍;戴松元;

Ni—P—WC復(fù)合電極析氫電催化性能的研究Ⅰ一復(fù)合電極制備與電化學(xué)性能測試    劉小兵;成旦紅;徐偉一;郁祖湛;

染料敏化納米晶TiO_2太陽能電池發(fā)展概況    黃亮;

三元氧化物基的染料敏化太陽能電池    黃禮華;魏明燈;

Cu-Zn-Al合金納米分叉結(jié)構(gòu)的制備及顯微分析    高后秀;陳泉水;劉雙翼;張貴杰;楊渝欽;

納米顆粒的粒徑測定    吳新民;范茂松;潘兮;

一種基于CVD法的納米碳管微觀分析及場致發(fā)射特性的研究    劉立軍;張志勇;楊延寧;翟春雪;

無敏化TiO_2太陽能電池研究    丁士文;王琳;田超;李蘭芬;

二氧化鈦納米晶染料敏化太陽電池的最新研究進(jìn)展    苗青青;馬廷麗;

羥基磷灰石（HAP）材料制備及性能研究    楊春

金屬摻雜TiO_2和ZnO的第一性原理研究    于曉慧

全氟烷基金屬酞菁衍生物的合成及應(yīng)用    邱滔

聚球藻7942光自養(yǎng)本征生長動(dòng)力學(xué)及其能量利用研究    顏日明

無氨硫代硫酸鹽法浸出硫化銀礦的工藝和機(jī)理研究    崔毅琦

金屬納米線陣列的制備及其表面增強(qiáng)光譜研究    張利勝

基于納米結(jié)構(gòu)ZnO、SiO_2的功能棉制品及新型氣凝膠的制備與應(yīng)用性能    徐壁

布朗葡萄藻的培養(yǎng)優(yōu)化與分離技術(shù)    徐玲

不同外圍取代基卟啉和金屬卟啉的合成及其修飾TiO_2研究    呂向菲

微納復(fù)合材料光生電荷性質(zhì)及活性研究    張宇

水合肼液相還原法制備納米銅粉的研究    李強(qiáng)

凝結(jié)水中微量汽輪機(jī)油的光催化降解及測定方法的研究    劉婷

染料敏化太陽能電池電極改性研究    石德暉

鹵族元素?fù)诫s納米TiO_2的光催化性能研究    樊麗霞

D-π-A結(jié)構(gòu)的超支化聚合物和線型雙給體有機(jī)染料的合成及光伏性能研究    唐宇華

殼聚糖/納米無機(jī)物復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究    李麗華

聚苯乙烯模板法制備鋰離子電池材料及電化學(xué)性能研究    占孝云

溶液法生長有機(jī)半導(dǎo)體單晶及相關(guān)研究    張鵬強(qiáng)

超級(jí)電容器用納米二氧化錳的制備及電化學(xué)性能研究    楊艷靜

模擬深海環(huán)境陰極保護(hù)初期鈣鎂沉積層的研究    曹振宇

太陽電池研究進(jìn)展    郭志球;沈輝;劉正義;聞立時(shí);

染料敏化太陽電池的新型對電極材料    韓麗娟;方曉明;張正國;

乙二醇穩(wěn)定的Pt/C催化劑的制備與表征    吳鋒;劉延紅;吳川;

甲醛在聚苯胺修飾分散鉑電極上的電催化氧化    都君華,李偉善,李紅

Pt微粒修飾納米纖維聚苯胺電極對甲醇氧化電催化    周海暉,焦樹強(qiáng),陳金華,魏萬之,曠亞非

染料敏化太陽能電池對電極    李靖;孫明軒;張曉艷;崔曉莉;

納米二硫化鉬制備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢    胡坤宏,沃恒洲,韓效釗,胡獻(xiàn)國

分散鉑修飾聚苯胺電極的制備及其催化性能研究    王怡

TiO_2納米晶材料的形貌調(diào)控與染料敏化太陽電池的效率提升    彭麗華

能源轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能裝置的若干關(guān)鍵電極材料(2)    劉業(yè)翔

陰極修飾對染料敏化TiO_2太陽能電池性能的改進(jìn)    范樂慶,吳季懷,黃昀昉,林建明

Ru(bpy)_2(NCS)_2染料敏化CdS/Zn~(2+)TiO_2復(fù)合半導(dǎo)體納米多孔膜的光電化學(xué)    張莉,王艷芹,楊邁之,高恩勤,蔡生民

五甲川菁染料的敏化作用及其在Gr¨atzel型太陽能電池中的應(yīng)用    張莉,楊邁之,,高恩勤,喬學(xué)斌,郝彥忠,王艷琴,蔡生民,孟凡順,田禾

染料敏化納米薄膜太陽電池電解質(zhì)的優(yōu)化    戴松元,肖尚鋒,史成武,陳雙宏,黃陽,孔凡太,胡林華,潘旭,隋毅峰,翁堅(jiān),王孔嘉

鉑修飾光陰極及其在納晶太陽能電池中的應(yīng)用    郝三存,吳季懷,林建明,黃昀昉

EXAFS譜在生物無機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用    張祖德,胡振波,劉清亮

L-B膜內(nèi)銀超微粒子的電化學(xué)制備及表征    謝兆雄,華炳增,毛秉偉,陳衍珍,田昭武,張韞宏,李前樹

用STM針尖誘導(dǎo)熱致氣化模式的納米級(jí)信息存儲(chǔ)    雷曉鈞,陳海峰,劉忠范

TiO_2(銳鈦礦)納米晶體薄膜的制備    戴松元,鄔欽崇,王孔嘉,王瑜,霍裕平

染料敏化納米晶體TiO_2太陽能電池的對電極結(jié)構(gòu)    姜春華;胡宇寧;萬發(fā)榮;龍毅;

模具電火花成形加工的電極制造技術(shù)    高上品;

染料敏化納米薄膜太陽電池的新型對電極研究    方曉明;張正國;馬婷麗;

基于不同濃度鉑對電極的染料敏化太陽能電池的性能研究    黃光勝;阮曉莉;竹懷君;

點(diǎn)焊機(jī)電極頭的改進(jìn)    溫澤民;

埋入式電極鹽浴爐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)    

染料敏化太陽能電池對電極的研究進(jìn)展    李國;胡志強(qiáng);高巖;劉敬肖;劉貴山;

染料敏化太陽能電池對電極的研究進(jìn)展    尹艷紅;許澤輝;馮磊碩;楊書廷;李承斌;

用深電極融化凍土    馬熙富;

碳材料在太陽能電池對電極中的研究進(jìn)展    張娓娓;劉貴山;胡志強(qiáng);鄭傳柯;顏世博;

高性能柔性載鉑對電極的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    傅年慶;林原;

新型固態(tài)染料敏化太陽能電池對電極設(shè)計(jì)及聚吡咯對電極研究    夏江濱;陳玲;

電積沉方法制備染料敏化太陽能電池的對電極(英文)    Jeng-Yu Lin;Jen-Hung Liao;

MWCNT/TiO_2復(fù)合對電極的制備及其光電化學(xué)性能研究    顧云良;王育喬;孫岳明;

金屬硫化物對電極在敏化太陽能電池中的應(yīng)用    孫惠成;羅艷紅;李冬梅;孟慶波;

新型、高效染料敏化太陽能電池碳對電極    羅艷紅;劉喜哲;黃振;孟慶波;

恒電位聚合法制備染料敏化太陽能電池中的PEDOT/MWCNT納米復(fù)合對電極    祁昊楠;王育喬;孫岳明;

FTO基底上原位合成Cu_2ZnSnS_4納晶薄膜及其在DSC對電極中的應(yīng)用    周正基;袁勝杰;武四新;

低溫制備染料敏化太陽能電池碳對電極    李可心;李冬梅;羅艷紅;孟慶波;

柔性基底上PEDOT:PSS-C復(fù)合薄膜對電極的制備    許芳怡;胡志強(qiáng);王仁博;高麗;

測定電極消耗 改善電極使用性能    楊雄飛

染料敏化太陽能電池專利申請分析    素白

幾種常用傳感器的工作原理    河南 董美紅

發(fā)達(dá)國家電弧爐高效節(jié)能技術(shù)簡介④    郭廷杰

太陽能電池：讓“陽光”主宰未來生活    本報(bào)記者　張顯峰

“雙極膜電滲析法生產(chǎn)葡萄糖酸研究”成果通過鑒定    科宣

車用動(dòng)力鎳氫電池通過驗(yàn)收    記者　 李玉成

“雙管齊下”水更清    本報(bào)記者 馮衛(wèi)東

未來主導(dǎo)：染料敏化太陽能電池    本報(bào)記者 滕繼濮

飛思卡爾為觸摸控制帶來創(chuàng)新    群

染料敏化太陽能電池新型對電極材料研究    姜奇?zhèn)?/span>

碳材料對電極在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    胡浩

染料敏化太陽能電池用聚苯胺電解質(zhì)及對電極的制備與性能研究    秦琦

染料敏化太陽能電池準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及碳基對電極研究    張丁文

基于異質(zhì)結(jié)和導(dǎo)電聚合物對電極的染料敏化太陽能電池研究    岳根田

介觀太陽能電池碳對電極研究    劉廣輝

染料敏化太陽能電池中電極材料和寄生電阻的研究    周聰華

納米碳材料的制備及在染料敏化太陽能電池對電極中的應(yīng)用研究    曾瑋

DMFC和DSSC的化學(xué)增強(qiáng)與光輔助增強(qiáng)催化    王耀瓊

非鉑催化材料的合成及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用    武明星

染料敏化太陽能電池微鉑對電極的制備與性能    馬換梅

染料敏化太陽能電池中低成本對電極的研究    王宇迪

染料敏化太陽能電池炭對電極的研究    王德龍

染料敏化太陽能電池對電極材料研究    郭霜霜

基于導(dǎo)電聚合物對電極的雙面染料敏化太陽能電池研究    李艷

染料敏化太陽能電池碳對電極的研究    衛(wèi)艷雙

染料敏化太陽能電池柔性對電極的制備及性能研究    竹懷君

碳材料對電極在染料敏化太陽能電池中應(yīng)用    劉繼國

二維片層基復(fù)合對電極的可控構(gòu)筑及光電特性    苗小歡

基于電聚合聚苯胺對電極的離子液體型染料敏化太陽能電池    葉報(bào)喜