染料敏化太陽能電池微鉑對(duì)電極的制備與性能

【摘要】：染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cell，DSSC）作為能源領(lǐng)域的一種新型電池，具有理論轉(zhuǎn)化效率高、工藝簡(jiǎn)單、成本低、原料環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為全世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。對(duì)電極是DSSC的重要組成部分，近些年人們對(duì)其的關(guān)注逐漸深入。由于Pt對(duì)I-/I-3氧化還原反應(yīng)具有高催化活性和較低的超電勢(shì)，成為廣泛使用的一種DSSC對(duì)電極材料。鉑作為一種貴金屬材料，其高成本限制了DSSC的大面積生產(chǎn)和使用。因此人們?cè)噲D通過改變制備方法和基體材料，或者合成新型材料來獲得高效率、低成本的DSSC對(duì)電極。 本文采用電化學(xué)沉積法制備了Pt/ITO對(duì)電極和Pt-Ru/ITO合金對(duì)電極。通過優(yōu)化工藝條件，在ITO導(dǎo)電玻璃上制得催化活性較高的納米顆粒狀催化劑；利用各種表征手段，研究制備工藝對(duì)電極表面形貌和電化學(xué)性能的影響，并測(cè)試組裝的單體DSSC的光電性能。結(jié)果表明，當(dāng)選擇合適的溫度、電沉積時(shí)間、電流密度以及鍍液中的Pt/Ru摩爾比時(shí)，所制備電極表面的催化劑顆粒分布均勻，粒徑大小適中；其電化學(xué)催化活性比純鉑片高，且性能相比電沉積Pt/ITO電極更穩(wěn)定。 采用化學(xué)沉積法在ITO基體上沉積Ni-P合金膜，然后在NiP膜上電沉積鉑納米顆粒，得到Pt/Ni-P/ITO對(duì)電極。實(shí)驗(yàn)研究了電極的制備工藝；并對(duì)電極表面形貌、電化學(xué)性能以及組裝DSSC的光電性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明，使用Ni-P合金對(duì)ITO導(dǎo)電玻璃基底進(jìn)行修飾，有效地提高基底導(dǎo)電性和光反射能力，進(jìn)而改善了DSSC的綜合內(nèi)阻和光利用率，使電池能量轉(zhuǎn)化效率提高近11%。 本文采用熱分解法制備DSSC鉑對(duì)電極，并研究其制備工藝對(duì)電極的形貌和電化學(xué)性能的影響。通過對(duì)鉑載量、不同粘合劑及其用量的優(yōu)化，制得性能穩(wěn)定的Pt/ITO對(duì)電極，并且利用一系列測(cè)試手段表征電極的性能。結(jié)果表明，采用濃度為0.06mg/mLCMC作為粘合劑，鉑載量?jī)H為0.235mg/cm~2時(shí)，電極表現(xiàn)出良好的催化活性，且以此對(duì)電極組裝的單體DSSC的轉(zhuǎn)化效率接近鉑片對(duì)電極。 【關(guān)鍵詞】：DSSC 鉑對(duì)電極 Pt-Ru/ITO Pt/NiP/ITO
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1 選題背景9-10
• 1.2 染料敏化太陽能電池簡(jiǎn)介10-12
• 1.2.1 DSSC 的結(jié)構(gòu)和工作原理10-11
• 1.2.2 DSSC 的輸出特性11-12
• 1.3 染料敏化太陽能電池光陽極12-14
• 1.3.1 多孔納米二氧化鈦薄膜材料13-14
• 1.3.2 改性二氧化鈦薄膜材料14
• 1.4 染料敏化太陽能電池電解質(zhì)14-16
• 1.5 染料敏化太陽能電池對(duì)電極16-22
• 1.5.1 金屬對(duì)電極16-20
• 1.5.2 碳對(duì)電極20-22
• 1.5.3 導(dǎo)電聚合物對(duì)電極22
• 1.6 本論文研究意義和研究?jī)?nèi)容22-25
• 1.6.1 研究意義22-23
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器25-26
• 2.2 電沉積法制備 Pt/ITO 對(duì)電極26-27
• 2.2.1 處理 ITO 導(dǎo)電玻璃基底26-27
• 2.2.2 Pt/ITO 對(duì)電極的制備工藝27
• 2.3 電沉積法制備 Pt-Ru/ITO 合金對(duì)電極27
• 2.4 Pt/NiP/ITO 對(duì)電極的制備27-28
• 2.4.1 化學(xué)沉積鎳磷合金27-28
• 2.4.2 電沉積鉑納米顆粒28
• 2.5 熱分解法制備 Pt/ITO 對(duì)電極28
• 2.6 光陽極的制備和 DSSC 電池組裝28-29
• 2.7 對(duì)電極性能的表征29-34
• 2.7.1 四探針技術(shù)測(cè)試薄膜方塊電阻29-30
• 2.7.2 環(huán)境掃描電子顯微鏡30-31
• 2.7.3 原子力顯微鏡31
• 2.7.4 紫外-可見分光分光光度計(jì)31-32
• 2.7.5 循環(huán)伏安法32
• 2.7.6 電化學(xué)交流阻抗法32
• 2.7.7 DSSC 電池光電性能測(cè)試32-34
• 第三章 電沉積法制備 Pt/ITO 對(duì)電極34-41
• 3.1 Pt/ITO 對(duì)電極的制備34
• 3.2 電沉積時(shí)間對(duì) Pt/ITO 電極性能的影響34-36
• 3.2.1 Pt/ITO 電極的循環(huán)伏安特性34-35
• 3.2.2 Pt/ITO 電極的表面形貌特征35-36
• 3.3 電沉積電流密度對(duì) Pt/ITO 電極性能的影響36-38
• 3.3.1 Pt/ITO 電極的循環(huán)伏安特性36-37
• 3.3.2 Pt/ITO 電極的表面形貌特征37-38
• 3.4 溫度對(duì) Pt/ITO 電極性能的影響38-39
• 3.5 優(yōu)化條件下制備的 Pt/ITO 電極的電化學(xué)性能39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 電沉積法制備 Pt-Ru/ITO 合金電極作為 DSSC 對(duì)電極41-49
• 4.1 Pt-Ru/ITO 對(duì)電極的制備41-42
• 4.2 電沉積時(shí)間和溫度對(duì) Pt-Ru/ITO 電極性能的影響42-44
• 4.2.1 不同沉積時(shí)間下 Pt-Ru/ITO 電極的電化學(xué)性能和形貌特征42-43
• 4.2.2 不同溫度下 Pt-Ru/ITO 電極的性能43-44
• 4.3 電鍍液中 Pt/Ru 濃度比例對(duì) Pt-Ru/ITO 電極性能的影響44-47
• 4.3.1 Pt-Ru/ITO 電極的循環(huán)伏安特性44-45
• 4.3.2 Pt-Ru/ITO 合金電極的電化學(xué)交流阻抗特性45-47
• 4.4 Pt-Ru/ITO 對(duì)電極的光電性能47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 Pt/NiP/ITO 對(duì)電極的制備和性能49-56
• 5.1 Pt/NiP/ITO 對(duì)電極的制備49-50
• 5.2 Pt/NiP/ITO 對(duì)電極的循環(huán)伏安特性50-51
• 5.3 Pt/NiP/ITO 電極表面形貌特性51-52
• 5.4 Pt/NiP/ITO 電極的表面導(dǎo)電性能52
• 5.5 Pt/NiP/ITO 電極的電化學(xué)交流阻抗特性52-54
• 5.6 Pt/NiP/ITO 電極光反射性能和 DSSCs 的光電性能54-55
• 5.7 本章小結(jié)55-56
• 第六章 熱分解法制備 Pt/ITO 對(duì)電極的工藝優(yōu)化56-62
• 6.1 Pt/ITO 電極的制備56
• 6.2 Pt/ITO 對(duì)電極 Pt 載量的優(yōu)化56-58
• 6.3 粘合劑用量對(duì) Pt/ITO 電極的表面形貌和電催化活性的影響58-59
• 6.4 熱解法制備 Pt/ITO 電極的光電性能59-61
• 6.5 本章小結(jié)61-62
• 第七章 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明70-71
• 致謝71

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