CNT@C-TiO_2復(fù)合物制備及其在染料敏化太陽能電池中應(yīng)用

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSC)因其較高的光電轉(zhuǎn)化效率、簡單的制備工藝及低的制造成本等特點(diǎn),受到國內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注。一維碳納米管(CNTs)由于電導(dǎo)率高、比表面積大和電荷傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn),使其在電化學(xué)包括在DSC電極材料領(lǐng)域成為“明星”材料。 本文以鈦酸異丙酯為鈦源,采用水熱法制備了CNT@C-TiO2復(fù)合物。結(jié)合場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射技術(shù)、氮吸附脫附技術(shù)和紫外可見吸收光譜技術(shù)手段,研究了CNT@C-TiO2的形貌、結(jié)構(gòu)和晶型特征。分別研究了由納米結(jié)構(gòu)CNT@C-TiO2復(fù)合物光陽極和對(duì)電極所組成的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。考察了CNTs含量對(duì)CNT@C-TiO2復(fù)合物光陽極電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明： 相比于商業(yè)的TiO2(P25)光陽極,CNT@C-TiO2納米顆粒復(fù)合物光陽極,CNTs的引入增大了DSC的短路電流密度,但開路電壓略有下降。當(dāng)CNTs質(zhì)量含量為0.2%時(shí),DSC性能最佳,此時(shí)CNT@C-TiO2復(fù)合材料中CNTs含量為最適添加量,光陽極復(fù)合膜中載流子的分離速率遠(yuǎn)大于復(fù)合速率,染料敏化太陽能電池的光電流密度明顯增大,從3.01mA·cm-2提高到6.56mA·cm-2。電池光電轉(zhuǎn)化效率提高了29%。 以鈦酸異丙酯為鈦源,兩步水熱法制備出不同CNTs含量的CNT@C-TiO2納米管(CNT@C-TiO2NT)復(fù)合物,以CNT@C-TiO2NT復(fù)合物為光陽極材料,對(duì)其進(jìn)行染料敏化太陽能電池的光電性能測試,測試結(jié)果表明：相比于純TiO2光陽極,復(fù)合物電極電池開路電壓提高了0.62V,短路電流略有提升。當(dāng)CNTs質(zhì)量含量為0.2%時(shí),電池光電轉(zhuǎn)換效率最佳,電池能量轉(zhuǎn)換效率提高了14.6%。 增加CNTs的含量,將CNT@C-TiO2NT復(fù)合物作為對(duì)電極催化材料應(yīng)用于DSC。通過電化學(xué)阻抗、循環(huán)伏安和塔菲爾極化曲線實(shí)驗(yàn)對(duì)催化材料進(jìn)行了氧化還原電對(duì)(I3-/I-)催化機(jī)理研究。結(jié)果表明：CNT@C-TiO2NT復(fù)合物對(duì)I3-/I-具有催化活性,當(dāng)CNTs含量為75%時(shí),CNT@C-TiO2NT復(fù)合物表現(xiàn)出比Pt高的催化活性,電池光電轉(zhuǎn)化效率提高了4.7%。 【關(guān)鍵詞】：CNTs CNT@C-TiO_2復(fù)合物 染料敏化太陽能電池 電極材料
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4;O631.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-24
• 1.1 太陽能電池發(fā)展概況9-11
• 1.1.1 硅系太陽能電池10
• 1.1.2 多元化合物薄膜太陽能電池10-11
• 1.1.3 聚合物太陽能電池11
• 1.1.4 染料敏化太陽能電池11
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理11-15
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的組成結(jié)構(gòu)11-14
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的工作原理14-15
• 1.3 染料敏化太陽能電池光電性能評(píng)價(jià)參數(shù)15-17
• 1.3.1 光電流密度-電壓曲線16-17
• 1.3.2 評(píng)價(jià)參數(shù)17
• 1.4 碳納米管在染料敏化太陽能電池中應(yīng)用17-22
• 1.4.1 碳納米管在DSC光陽極中應(yīng)用17-21
• 1.4.2 碳納米管在DSC對(duì)電極中應(yīng)用21-22
• 1.5 本文工作思路及主要內(nèi)容22-24
• 2 實(shí)驗(yàn)部分24-30
• 2.1 藥品及原料24-25
• 2.2 電極制備工藝25
• 2.2.1 FTO導(dǎo)電玻璃的清洗25
• 2.2.2 光陽極的制備25
• 2.2.3 對(duì)電極的制備25
• 2.3 電池的組裝25-26
• 2.3.1 敏化過程25-26
• 2.3.2 電池封裝26
• 2.4 材料表征26-27
• 2.5 電化學(xué)表征27-30
• 3 CNT@C-TiO_2復(fù)合物在DSC光陽極中應(yīng)用30-44
• 3.1 CNT@C-TiO_2納米顆粒復(fù)合物的制備30-36
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)部分30-31
• 3.1.2 CNT@C-TiO_2復(fù)合物的表征測試31-35
• 3.1.3 CNT@C-TiO_2復(fù)合物光電性能測試35-36
• 3.2 兩步水熱法合成CNT@C-TiO_2納米管復(fù)合物36-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)部分36-37
• 3.2.2 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物的表征37-41
• 3.2.3 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物的光電性能測試41-42
• 3.3 本章小結(jié)42-44
• 4 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物在DSC對(duì)電極中應(yīng)用44-56
• 4.1 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物的制備44
• 4.2 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物的表征測試44-47
• 4.3 CNT@C-TiO_2NT復(fù)合物電化學(xué)性能測試47-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 致謝63-64

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