染料敏化太陽能電池陰極材料的研究

【摘要】：在染料敏化太陽能電池（DSSCs）三明治結(jié)構(gòu)中，陰極材料扮演著催化還原電解液和收集空穴的重要角色，因此陰極材料是電池性能的決定因素之一?？v觀染料敏化太陽能電池（DSSCs）陰極材料的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)多種過渡金屬的硫化物表現(xiàn)出類比于Pt電極的陰極性能；結(jié)合P型半導(dǎo)體陰極的特點，可以推測出P型過渡金屬硫化物有望作為優(yōu)異的陰極材料。本論文設(shè)計并獲得了優(yōu)于Pt電極催化活性的FeS2NRs陣列陰極結(jié)構(gòu)，同時合成了形貌多樣的CuxS納米結(jié)構(gòu)，并探究了陰極材料的催化機理。主要取得了以下成果： 1．采用水熱法得到了于不同基底生長的FeOOH納米棒（NRs）結(jié)構(gòu)，如導(dǎo)電玻璃（FTO）、多孔硅（PS）和碳纖維；同時在PS基底上得到了納米花狀結(jié)構(gòu)（NFs）。結(jié)合“Fe3+離子水解”理論，通過控制Fe3+濃度實現(xiàn)了FeOOH納米棒（NRs）結(jié)構(gòu)可控的合成。 2．通過分別對FeOOH納米棒（NRs）陣列和Fe納米薄膜結(jié)構(gòu)進行硫化處理得到了P型FeS2納米棒（NRs）陣列和FeS2顆粒薄膜結(jié)構(gòu)，并將其用于染料敏化太陽能電池（DSSCs）陰極結(jié)構(gòu)。其中，影響DSSCs陰極材料性能的關(guān)鍵因素為催化位點數(shù)量、電極材料與電解液間的接觸勢壘和電荷的傳輸通道等。 3．通過調(diào)整“浸泡法”中Cu源的供應(yīng)速率得到了多種形貌的CuxS片狀納米結(jié)構(gòu)，如納米片、納米墻和納米花等。同時也采用了離子交換的方法合成了其他多種非片狀CuxS納米結(jié)構(gòu)，如反蛋白結(jié)構(gòu)和納米棒（NRs）陣列結(jié)構(gòu)。再者，通過EIS測試和浸泡實驗分析，本文首次提出并驗證了CuxS的“生成-溶解”催化機理。這為之后的這方面的研究工作提供了借鑒和參考。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 陰極材料 對電極 FeOOH納米棒 FeS2納米棒 CuxS納米結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-29
• 1.1 引言9
• 1.2 太陽能電池的研究現(xiàn)狀9-17
• 1.2.1 硅基太陽能電池10-12
• 1.2.2 薄膜太陽能電池12-13
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池13-14
• 1.2.4 量子點敏化太陽能電池14-17
• 1.3 第三代太陽能電池的研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 提高太陽光的利用效率17-21
• 1.3.2 改善電極結(jié)構(gòu)的傳輸性能21-22
• 1.4 第三代太陽能電池陰極的研究現(xiàn)狀22-27
• 1.4.1 DSSCs 陰極材料的研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.2 QDSSCs 陰極材料的研究現(xiàn)狀27
• 1.5 本課題的創(chuàng)新之處27-29
• 第二章 實驗原料與實驗裝置29-41
• 2.1 實驗原料29-30
• 2.2 實驗裝置30-32
• 2.2.1 恒溫磁力攪拌儀30-31
• 2.2.2 超聲波清洗儀31
• 2.2.3 分析天平31
• 2.2.4 磁控濺射鍍膜儀31-32
• 2.2.5 真空干燥箱32
• 2.2.6 真空管式高溫爐32
• 2.2.7 馬弗爐32
• 2.3 表征手段32-35
• 2.3.1 表面形貌表征（SEM）32-33
• 2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)表征（TEM）33
• 2.3.3 物相分析（XRD）33
• 2.3.4 紫外-可見-近紅外分光光度計33
• 2.3.5 電化學(xué)阻抗譜分析33-34
• 2.3.6 太陽能電池效率測試34-35
• 2.4 實驗方法35-41
• 2.4.1 FTO 導(dǎo)電玻璃的切割與清洗35
• 2.4.2 FeOOH 納米結(jié)構(gòu)的制備35
• 2.4.3 FeS_2NRs 陣列結(jié)構(gòu)的制備35-36
• 2.4.4 FeS_2納米薄膜結(jié)構(gòu)的制備36-37
• 2.4.5 CdS 納米線的制備37-38
• 2.4.6 三維多孔 CdS 納米結(jié)構(gòu)的合成38-39
• 2.4.7 Cu_xS 納米結(jié)構(gòu)的制備39-40
• 2.4.8 太陽能電池的封裝40-41
• 第三章 FeOOH納米結(jié)構(gòu)的合成與應(yīng)用研究41-51
• 3.1 本章引言41-42
• 3.2 FeOOH NRs 的制備與表征42-45
• 3.3 Fe_2O_3@PS 復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備與表征45-48
• 3.4 FeOOH 納米結(jié)構(gòu)生長機理分析48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 FeS_2NRs陣列作為高效DSSCs陰極結(jié)構(gòu)的研究51-67
• 4.1 本章引言51-53
• 4.1.1 FeS_2納米結(jié)構(gòu)的合成現(xiàn)狀51-52
• 4.1.2 FeS_2材料在太陽能電池應(yīng)用中的研究現(xiàn)狀52-53
• 4.2 FeS_2納米結(jié)構(gòu)的制備與表征53-57
• 4.2.1 FeS_2顆粒薄膜的制備與表征53-55
• 4.2.2 FeS_2NRs 陣列的制備與表征55-57
• 4.3 FeS_2納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體性能的表征57-60
• 4.3.1 FeS_2NRs 陣列吸收性能的表征57-58
• 4.3.2 FeS_2納米結(jié)構(gòu)發(fā)光性能的表征58-59
• 4.3.3 FeS_2NRs 陣列半導(dǎo)體類型的表征59-60
• 4.4 FeS_2納米結(jié)構(gòu)作為陰極的 DSCCs 性能的表征60-61
• 4.5 FeS_2納米結(jié)構(gòu)催化性能的表征61-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 CuxS納米結(jié)構(gòu)的合成與陰極性能研究67-75
• 5.1 本章引言67-68
• 5.2 Cu_xS 納米結(jié)構(gòu)的制備與表征68-72
• 5.2.1 Cu_xS 納米片的制備與表征68-69
• 5.2.2 Cu_xS 反蛋白結(jié)構(gòu)的制備與表征69-70
• 5.2.3 Cu_xS 納米棒陣列的制備與表征70-72
• 5.3 Cu_xS 納米結(jié)構(gòu)催化性能的探究72-73
• 5.4 Cu_xS 納米陰極結(jié)構(gòu)展望73-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 第六章 全文總結(jié)75-76
• 參考文獻76-93
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明93-94
• 致謝94-95

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