染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極研究

【摘要】： 染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)是一種新型光電化學(xué)太陽(yáng)能電池,自從1991問(wèn)世以來(lái),就因?yàn)槠渲谱鞴に嚭?jiǎn)單、成本低和性能穩(wěn)定,并且對(duì)環(huán)境良性等優(yōu)點(diǎn)而受到了眾多研究工作者的極大興趣,具有很好應(yīng)用前景,在太陽(yáng)能電池研究上具有重要意義。對(duì)電極作為DSSC的一個(gè)重要組成部分,逐漸引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。Pt由于其優(yōu)良的催化效果和穩(wěn)定性,是目前最廣泛采用的一種對(duì)電極,但是Pt的價(jià)格比較昂貴,因此不利于DSSC的產(chǎn)業(yè)化。本文采用電化學(xué)方法制備了DSSC的Pt和Pt-Ru對(duì)電極,優(yōu)化了制備工藝,并研究了其電化學(xué)性能。 采用電沉積法來(lái)制備DSSC的Pt對(duì)電極的電解液配制工藝條件為:H2PtCl6濃度為1.931×10-3 mol/L的溶液100 ml,加入0.5 g (NH4)2HPO4固體和1.5 g Na2HPO4固體作為絡(luò)合劑。通過(guò)采用AFM(Atom Force Microscope)和CV(Cyclic Voltammetry)等測(cè)試,檢測(cè)不同條件制備的Pt對(duì)電極表面結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。得出結(jié)論:不同電流密度進(jìn)行電沉積,所得到的Pt對(duì)電極會(huì)因?yàn)镻t的沉積量不同具有不同的表面結(jié)構(gòu),影響其電化學(xué)性能。相同Pt量時(shí),不同電沉積電流密度得到的Pt對(duì)電極也具有不同的表面結(jié)構(gòu),電化學(xué)性能也有所區(qū)別。當(dāng)電沉積時(shí)間為90 s,電流密度為15 mA/cm2時(shí),沉積出來(lái)的Pt的量為3.733×10-4 g/cm2,Pt對(duì)電極表面顆粒形態(tài)均勻,具有良好的電化學(xué)性能。 利用電沉積制備Pt對(duì)電極的方法,配制不同Pt-Ru原子比的H2PtCl6和RuCl3混合電解液,電沉積制備Pt-Ru合金對(duì)電極。采用EDS(Energy Dispersive Spectrum)、SEM(Scanning Electron Microscope)和CV等測(cè)試手段,研究了Pt-Ru混合電解液中Pt-Ru原子比和Pt-Ru合金對(duì)電極中合金的組成對(duì)電極的電化學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)Pt-Ru混合電解液中Pt-Ru原子比為1:0.918,對(duì)電極表面Pt-Ru原子比為1:0.15時(shí),對(duì)電極電化學(xué)性能最佳。 通過(guò)將Pt對(duì)電極和Pt-Ru合金對(duì)電極對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)Pt-Ru合金對(duì)電極的電化學(xué)性能并沒(méi)有明顯的變化,合金對(duì)電極的使用減少了大約13 %的Pt量。Pt-Ru合金對(duì)電極的氧還原峰減小,有效地防止了Pt的CO基團(tuán)中毒,從而達(dá)到改善Pt對(duì)電極的催化活性,并且降低DSSC成本。 【關(guān)鍵詞】：DSSC 對(duì)電極 Pt Pt-Ru合金 電化學(xué)性能
【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】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文獻(xiàn)綜述8-23
• 1.1 引言8-14
• 1.1.1 硅太陽(yáng)能電池8
• 1.1.2 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池8-9
• 1.1.3 有機(jī)物太陽(yáng)能電池9
• 1.1.4 染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池9-14
• 1.2 DSSC的結(jié)構(gòu)與工作原理14-15
• 1.3 各種DSSC對(duì)電極15-21
• 1.3.1 Pt對(duì)電極16-19
• 1.3.2 非Pt對(duì)電極19-21
• 1.4 本課題研究背景及意義21-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分23-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器23-24
• 2.2 ITO導(dǎo)電玻璃清洗24
• 2.3 ITO導(dǎo)電玻璃電沉積Pt工藝24-25
• 2.4 ITO導(dǎo)電玻璃電沉積Pt-Ru合金工藝25
• 2.5 電沉積法制備Pt-Ni對(duì)電極工藝25
• 2.6 提拉膜法制備碳/ITO導(dǎo)電玻璃對(duì)電極工藝25-26
• 2.7 Pt對(duì)電極的回收工藝26
• 2.8 對(duì)電極的性能表征26-29
• 2.8.1 對(duì)電極的物理化學(xué)性能表征26-27
• 2.8.2 對(duì)電極的電化學(xué)性能表征27-29
• 第三章 電沉積法制備Pt對(duì)電極的研究29-40
• 3.1 電沉積法制備Pt對(duì)電極的工藝條件29-38
• 3.1.1 電沉積時(shí)間29-30
• 3.1.2 電沉積溫度30-32
• 3.1.3 電解液中H_2PtCl_6的濃度32
• 3.1.4 電流密度32-38
• 3.2 鍍Pt對(duì)電極與光滑Pt對(duì)電極的性能比較38-40
• 第四章 電沉積法制備Pt-Ru合金對(duì)電極的研究40-56
• 4.1 Pt-Ru合金對(duì)電極制備條件的研究40-41
• 4.2 不同Pt-Ru原子比的電解液制備Pt-Ru合金對(duì)電極41-55
• 4.2.1 EDS測(cè)試41-46
• 4.2.2 SEM測(cè)試46-47
• 4.2.3 CV法測(cè)試47-52
• 4.2.4 對(duì)電極/電解液界面間的電荷遷移動(dòng)力學(xué)52-55
• 4.3 最佳Pt-Ru合金對(duì)電極與最佳鍍Pt對(duì)電極比較55-56
• 第五章 非Pt對(duì)電極的研究56-59
• 5.1 Pt-Ni對(duì)電極56-57
• 5.1.1 Pt-Ni對(duì)電極的表面結(jié)構(gòu)56
• 5.1.2 Pt-Ni對(duì)電極的電化學(xué)特性56-57
• 5.2 碳/ITO導(dǎo)電玻璃對(duì)電極57-59
• 5.2.1 碳/ITO導(dǎo)電玻璃對(duì)電極的表面結(jié)構(gòu)57-58
• 5.2.2 碳/ITO導(dǎo)電玻璃對(duì)電極的電化學(xué)特性58-59
• 第六章 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 發(fā)表論文和科研情況說(shuō)明67-68
• 致謝68

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