La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3和La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3用作染料敏化太陽能電池對(duì)電極的性能研究

【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSC)是一種能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化成電能的光伏器件,由于其具有成本低廉、制造工藝簡單、環(huán)境友好及較高的能源轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)勢(shì)而受到了廣泛的關(guān)注。而作為染料敏化太陽能電池主要的構(gòu)成部件之一,對(duì)電極的主要用途是將來自外電路的電子傳導(dǎo)至氧化還原體系以及催化氧化還原對(duì)的還原再生。因此,這就要求理想的對(duì)電極材料具有良好的導(dǎo)電性能及催化活性。貴金屬Pt作為傳統(tǒng)的理想對(duì)電極材料,具備優(yōu)異的催化活性和導(dǎo)電性,但是其具有資源稀缺、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn),這就不利于Pt大規(guī)模的應(yīng)用于DSSC的產(chǎn)業(yè)化。因此,為了有效降低DSSC的成本和穩(wěn)定性,有必要開發(fā)高效廉價(jià)穩(wěn)定的Pt替代材料。至今,已有多種廉價(jià)材料被開發(fā)出替代Pt這種貴金屬,如：復(fù)合材料、導(dǎo)電聚合物、過渡金屬化合物以及碳材料等等。但是,以上所述的Pt替代材料仍然有著不足之處,例如硫化物具有毒性,導(dǎo)電聚合物制作工藝復(fù)雜等等。因此在本文中,我們致力于開發(fā)一種具有廉價(jià)、高效、無毒、穩(wěn)定和制作工藝簡單的對(duì)電極材料。AB03鈣鈦礦型氧化物的組成元素取材范圍廣,并且具有許多優(yōu)秀物理性能的氧化物,例如鐵電性、磁性、導(dǎo)電性和催化性能等等,近年來人們對(duì)其做了大量的研究工作。作為鈣鈦礦型氧化物家族的重要成員,La0.67Sr0.33MnO3(LSMO)、 La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)由于具有優(yōu)秀的催化性能、導(dǎo)電性能,且制備工藝簡單、無毒以及在高溫和酸性潮濕條件下的具有穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注,并被應(yīng)用于固體燃料電池等領(lǐng)域。因此,本文嘗試用溶膠凝膠法制備出純相的LSMO和LSCO,作為Pt對(duì)電極可替代材料應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中,提供了在鈣鈦礦氧化物中尋找Pt電極替代材料的新思路,主要研究內(nèi)容如下：(1)利用溶膠凝膠法制備出純相的La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO)。通過X射線衍射(XRD)分析樣品的純度、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察物質(zhì)的表面形貌,可以得出LSMO樣品是大小為50-150nm的顆粒且具有不規(guī)則形狀。然后將LSMO粉末制備成對(duì)電極應(yīng)用于DSSC中。通過太陽光模擬器測(cè)試DSSC的J-V曲線和電化學(xué)工作站(EIS)測(cè)試LSMO對(duì)電極的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得LSMO電極和Pt電極的光電轉(zhuǎn)換效率分別為6.62%和7.15%,LSMO電極的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到Pt的92.6%。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果分析得出,LSMO具有良好的穩(wěn)定性、導(dǎo)電性能和催化性能。實(shí)驗(yàn)證明,LSMO是較為理想的Pt替代材料,制備出具有更好催化性能和導(dǎo)電性能的LSMO以應(yīng)用到DSSC中是非常具有潛力的研究方向。(2)通過溶膠凝膠法成功的制備出純相的La0.5Sr0.5CoO3 (LSCO),這種制備工藝簡單,可以大量的制備LSCO,利于LSCO應(yīng)用于DSSC大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化。通過XRD和SEM分析可知,制備出來的LSCO粉末是純相的大小為100-400nnm的不規(guī)則顆粒。光伏性能測(cè)試測(cè)得LSCO電極和Pt電極的光電轉(zhuǎn)換效率分別為7.17%和7.06%。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,LSCO具有較優(yōu)秀的催化性能及導(dǎo)電性能。實(shí)驗(yàn)表明,LSCO是較為理想的Pt電極替代材料,通過研發(fā)出具有更高催化性能和導(dǎo)電性能的LSCO對(duì)電極材料將是一個(gè)非常具有前景的研究方向。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鈣鈦礦型的LSMO和LSCO氧化物都具有較為理想的導(dǎo)電性能和催化性能,是較為理想的Pt替代材料。本文為染料敏化太陽能電池對(duì)電極的替代材料研究帶來了新的思路。而通過改變其材料的形貌、顆粒大小或通過引入其他新的物質(zhì)等方法來提高染料敏化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率有待進(jìn)一步探索。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 對(duì)電極 溶膠凝膠法 La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4;O611.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 太陽能電池研究背景及歷史現(xiàn)狀10-12
• 1.2 太陽能電池的分類12-15
• 1.2.1 硅基太陽能電池13
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池13
• 1.2.3 多元化合物薄膜太陽能電池13-14
• 1.2.4 染料敏化太陽能電池14-15
• 1.3 DSSC的組成結(jié)構(gòu)15-19
• 1.3.1 光陽極及光陽極材料15-16
• 1.3.2 對(duì)電極及對(duì)電極材料16-18
• 1.3.3 電解質(zhì)18-19
• 1.4 DSSC的工作原理19-20
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容與立題意義20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)性能表征22-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)表征22-30
• 2.1.1 X射線衍射22
• 2.1.2 掃描電子顯微鏡22
• 2.1.3 紫外-可見分光光度計(jì)22-23
• 2.1.4 光伏性能表征23-25
• 2.1.5 電化學(xué)性能表征25-30
• 第三章 La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3作為Pt對(duì)電極替代材料在DSSC中的研究30-41
• 3.1 引言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31-33
• 3.2.1 制備La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3顆粒31-32
• 3.2.2 電極的制備與電池的組裝32-33
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析33-40
• 3.3.1 物理性能表征33-34
• 3.3.2 光學(xué)性能表征34-35
• 3.3.3 光伏性能評(píng)價(jià)35-36
• 3.3.4 電化學(xué)性能評(píng)價(jià)36-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3作為新穎對(duì)電極材料應(yīng)用于DSSC的研究41-50
• 4.1 引言41-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-43
• 4.2.1 樣品制備42
• 4.2.2 電極制備與電池組裝42-43
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析43-49
• 4.3.1 物理性能表征43-45
• 4.3.2 循環(huán)伏安法45
• 4.3.3 光伏性能測(cè)試45-46
• 4.3.4 電化學(xué)阻抗譜46-47
• 4.3.5 塔菲爾極化曲線47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 結(jié)論與展望50-52
• 參考文獻(xiàn)52-59
• 致謝59-60
• 碩士期間公開發(fā)表論文及著作情況60

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