染料敏化太陽(yáng)能電池中光陽(yáng)極和對(duì)電極的研究

【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池（Dye-sensitized Solar Cells,DSSC）主要由染料、納米多孔膜、電解質(zhì)和對(duì)電極所組成。通過(guò)改變各部分的性質(zhì)，可以提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。傳統(tǒng)的光陽(yáng)極用的單層納米顆粒TiO_2，不可避免會(huì)有納米顆粒多孔薄膜空隙大，易于電解質(zhì)的滲透通過(guò)而導(dǎo)致固液界面的電荷復(fù)合；而對(duì)電極采用純鉑進(jìn)行催化，純鉑對(duì)電解質(zhì)的催化效果好，但Pt是貴金屬，價(jià)格昂貴。為了提高電池性能，本論文通過(guò)在光陽(yáng)極上增加致密隔離層、采用新型Pt/石墨對(duì)電極材料來(lái)優(yōu)化電池性能，并對(duì)光陽(yáng)極和對(duì)電極的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進(jìn)行了表征，最后構(gòu)建成電池，考察了不同結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極和對(duì)電極對(duì)電池性能的影響。主要內(nèi)容如下： 1.采用溶膠凝膠法結(jié)合粉末涂敷法和提拉法，制備了TiO_2多孔薄膜、TiO_2致密薄膜及多孔膜和致密膜結(jié)合構(gòu)成的TiO_2雙層薄膜，通過(guò)XRD、SEM、紫外可見(jiàn)吸收光譜、循環(huán)伏安法對(duì)薄膜的物理、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。 2.用乙二醇還原法將含量為1.5%，3%，5%，7%的鉑負(fù)載于石墨上，制備了用于DSSC的Pt/石墨復(fù)合對(duì)電極，用循環(huán)伏安法、XRD、SEM對(duì)對(duì)電極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考察，表征了鉑納米粒子在石墨上的負(fù)載及其形貌。 3.考察了不同染料在TiO_2雙層薄膜表面的吸附情況。組裝電池，運(yùn)用電化學(xué)工作站、太陽(yáng)光模擬器，考察了Pt/石墨復(fù)合對(duì)電極中鉑的負(fù)載量以及光陽(yáng)極的致密薄膜對(duì)DSSC光電性能的影響。結(jié)果表明：光陽(yáng)極致密薄膜能夠有效抑制電荷復(fù)合，提高電池光電壓，光電轉(zhuǎn)化率比未加致密層的電池高出21.6%；Pt/C對(duì)電極在Pt含量?jī)H為3%時(shí)電池的轉(zhuǎn)化率與純鉑有相近的光電轉(zhuǎn)化率，Pt含量為5%時(shí)達(dá)到最高，從而達(dá)到節(jié)省單位面積Pt的用量同時(shí)也不降低催化能力的目的；以雙層薄膜為光陽(yáng)極，Pt5/C為對(duì)電極，分別來(lái)取代單層多孔薄膜光陽(yáng)極和石墨對(duì)電極，三種染料APC、PPC和QPC的光電轉(zhuǎn)化率比分別增加了169%，174%和148%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 雙層TiO_2薄膜 致密TiO_2薄膜 Pt/C復(fù)合對(duì)電極
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 基本概念11-12
• 1.2.1 光電轉(zhuǎn)化效率11
• 1.2.2 I-V 曲線11-12
• 1.3 染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理12-14
• 1.3.1 電池結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3.2 工作原理13-14
• 1.4 染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展14-25
• 1.4.1 光陽(yáng)極14-18
• 1.4.2 染料敏化劑的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.3 電解質(zhì)的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4.4 對(duì)電極23-25
• 1.5 本論文的選題依據(jù)及主要工作25-26
• 2 TiO_2 薄膜的制備及表征26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 試劑與儀器26-27
• 2.2.1 試劑26-27
• 2.2.2 儀器27
• 2.3 TiO_2薄膜的制備27-29
• 2.3.1 納米 TiO_2多孔薄膜的制備28
• 2.3.2 納米 TiO_2致密薄膜的制備28
• 2.3.3 納米 TiO_2雙層薄膜的制備28-29
• 2.4 薄膜的表征29
• 2.5 結(jié)果與討論29-34
• 2.5.1 TiO_2薄膜的 XRD 表征29-31
• 2.5.2 致密薄膜的紫外-可見(jiàn)（UV-Vis）吸收光譜的研究31-32
• 2.5.3 TiO_2薄膜的 SEM 表征32-33
• 2.5.4 TiO_2薄膜的電化學(xué)性能研究33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 3 Pt/C 對(duì)電極的制備及性能的研究35-41
• 3.1 引言35
• 3.2 試劑與儀器35-36
• 3.2.1 試劑35-36
• 3.2.2 儀器36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分36-38
• 3.3.1 不同電極的制備36-37
• 3.3.2 對(duì)電極的表征37-38
• 3.4 結(jié)果與討論38-40
• 3.5 結(jié)論40-41
• 4 光陽(yáng)極和對(duì)電極對(duì)電池性能的影響41-49
• 4.1 簡(jiǎn)介41-42
• 4.2 儀器與試劑42-43
• 4.2.1 試劑42
• 4.2.2 儀器42-43
• 4.3 電池的組裝43
• 4.4 染料的吸脫附測(cè)試43-45
• 4.5 光電性能的測(cè)試45-48
• 4.5.1 不同光陽(yáng)極 DSSC 電池光電性能的影響45-46
• 4.5.2 不同對(duì)電極 DSSC 電池光電性能的影響46-47
• 4.5.3 不同染料的光電性能測(cè)試47-48
• 4.6 小結(jié)48-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果57-58
• 致謝58

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