基于太陽能電池效率提高的對電極修飾工藝

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種可將太陽能轉(zhuǎn)換為光能的光電轉(zhuǎn)換裝置。因為其具有原材料豐富、價格低廉、制備工藝技術(shù)相對簡單、容易大規(guī)模生產(chǎn)和環(huán)境友好等優(yōu)勢,在眾多太陽能電池之中脫穎而出,受到研究者的廣泛關(guān)注。光陽極、光敏化劑、氧化還原電解液和對電極是DSSCs的重要組成部分,在DSSCs的對電極中,最常使用的是對I3-/I-具有高催化活性的鉑(Pt)。但是由于鉑(Pt)作為貴金屬,其價格相對比較昂貴,從而大大的限制其在工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模使用。因此,對于構(gòu)筑對電極的材料,不僅要選擇具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能和高穩(wěn)定性的催化材料,還要考慮到價格因素的影響。本論文主要通過以鎢的氧化物和氧化石墨等為原料,采用溶劑熱等方法構(gòu)筑價格低廉的高性能W18O49-石墨烯(rGO)及WN-rGO的復合對電極材料。系統(tǒng)研究了復合對電極材料的結(jié)構(gòu)、催化特性與對電極光電轉(zhuǎn)換性能之間的關(guān)系。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1)采用溶劑熱方法,通過控制反應(yīng)物鎢源(WCl6)與氧化石墨(GO)的量成功構(gòu)筑了不同W18O49含量的W18O49-rGO復合對電極材料,研究其復合材料基對電極的催化性能與DSSC光電性能之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)當W18O49的含量為35%時,由復合材料基對電極構(gòu)筑的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率最高,達到7.2%,與Pt基DSSCs效率(7.5%)相當。這是由于復合材料不但具有較多的W18O49催化活性位點,同時石墨烯具有優(yōu)異的電子傳輸特性。2)在NH3氣氛下將制備的W18O49-rGO的復合材料進行氮化,最終得到了WN-r GO的復合材料對電極。通過光電性能測試表明,復合材料對電極構(gòu)筑的DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達到7.4%,明顯高于采用相同方法制備的單純的石墨烯納米片和單純的W18O49對電極構(gòu)筑的DSSC。 【關(guān)鍵詞】：W18O49-rGO 對電極 活性位點 溶劑熱法 電子傳輸特性 染料敏化太陽能電池
【學位授予單位】：黑龍江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-27
• 1.1 研究背景9
• 1.2 太陽能電池簡介9-12
• 1.2.1 太陽能電池的分類10-11
• 1.2.2 太陽能電池的發(fā)展11-12
• 1.3 染料敏化太陽能電池12-17
• 1.3.1 染料敏化太陽能電池的發(fā)展12-13
• 1.3.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理13-17
• 1.4 染料敏化太陽能電池對電極的研究進展17-25
• 1.4.1 金屬對電極17-18
• 1.4.2 碳對電極18-20
• 1.4.3 聚合物對電極20-21
• 1.4.4 過渡金屬化合物對電極21-24
• 1.4.5 多元化合物對電極24-25
• 1.4.6 復合物基對電極25
• 1.5 本課題的立題思想及其意義25-27
• 第2章 實驗材料和表征方法27-33
• 2.1 實驗試劑及儀器27-29
• 2.1.1 實驗主要試劑27-28
• 2.1.2 實驗儀器28-29
• 2.2 材料表征方法及原理29-33
• 2.2.1 X-射線衍射（XRD）29
• 2.2.2 拉曼光譜分析（Raman）29
• 2.2.3 X射線光電子能譜（XPS）29-30
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡（SEM）30
• 2.2.5 透射電子顯微鏡（TEM）30
• 2.2.6 熱重分析（TGA）30
• 2.2.7 光電化學的光電流-電壓曲線（J-V）30-31
• 2.2.8 電化學阻抗譜（EIS）31
• 2.2.9 循環(huán)伏安曲線（CV）31-32
• 2.2.10 Tafel極化曲線測試（Tafel）32-33
• 第3章 W_(18)O_(49-r)GO復合對電極的制備及其性能研究33-48
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實驗部分34-35
• 3.2.1 石墨烯的制備工藝34
• 3.2.2 W_(18)O_(49-r)GO復合對電極的制備工藝34-35
• 3.2.3 W_(18)O_(49-r)GO復合對電極光化學電池的組裝工藝35
• 3.3 結(jié)果與討論35-47
• 3.3.1 W_(18)O_(49-r)GO復合對電極材料結(jié)構(gòu)的表征分析35-42
• 3.3.2 W_(18)O_(49-r)GO復合對電極材料光電性能的表征分析42-43
• 3.3.3 對電極的循環(huán)伏安測試43-45
• 3.3.4 光電化學池的電化學阻抗譜測試45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 WN-r GO的復合材料對電極的制備及其性能研究48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 實驗部分48-49
• 4.2.1 WN-rGO的復合對電極的制備工藝48-49
• 4.2.2 WN-rGO的復合對電極光化學電池的組裝工藝49
• 4.3 結(jié)果與討論49-57
• 4.3.1 WN-rGO的復合對電極材料結(jié)構(gòu)的表征分析49-53
• 4.3.2 WN-rGO的復合對電極材料光電性能的表征分析53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻59-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的專利68

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