染料敏化太阳能电池无铂高效对电极研究

摘要

铂因其较高的电导率和催化反应活性而成为染料敏化太阳能电池(DSCs)理想的对电极材料。然而由于铂属于贵金属元素、价格昂贵，且会与碘基电解液反应而影响电池的长期稳定性，因此探究无铂、廉价对电极成为亟待解决的问题。同时，导电玻璃基底易碎、成本较高以及适应性差的特点会阻碍太阳能电池进一步应用。
　　本研究使用两步电化学方法制备了聚吡咯/石墨烯复合对电极。聚吡咯和石墨烯的复合可以避免聚吡咯纳米粒子或石墨烯的堆叠，从而提高了催化活性位点和电导率，且形成的三维结构可以加速电解液的渗透，从而提高催化反应活性。循环伏安测试和电化学交流阻抗测试结果表明聚吡咯/石墨烯具有较高的电化学催化活性以及较低的电荷转移电阻。光电转换测试表明聚吡咯/石墨烯沉积在导电玻璃和柔性基底上做对电极时刚性和柔性染料敏化太阳能电池分别达到了6.45％和4.24％的光电转换效率。同时，以化学气相沉积沉积的方式在钛板上原位制备了氮掺杂无定形碳/氮化钛碳化钛对电极。该方法实现了导电玻璃基底的替代并避免了催化材料的转移。循环伏安法和电化学交流阻抗表明，这种对电极具有较高的电化学催化反应活性、优异循环稳定性和附着性以及与较小的电荷转移电阻。该对电极在刚性和柔性染料敏化太阳能电池上分别取得了6.24％和4.37％的光电转换效率。通过简单的实验方法探索了两种廉价、高效对电极材料，降低了制作成本，提高了催化反应活性，为进一步探索更为高效的对电极材料奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 染料敏化太阳能电池的发展历程

1．2 染料敏化太阳能电池的基本结构及工作原理

1．2．1 染料敏化太阳能电池的基本结构

1．2．2 染料敏化太阳能电池工作原理

1．2．3 染料敏化太阳能电池性能参数

1．2．4 对电极存在的问题及解决方案

1．3 石墨烯类材料

1．3．1 石墨烯概述

1．3．2 氧化石墨

1．4 导电聚合物

1．4．1 导电聚合物概述

1．4．2 聚吡咯

1．5 氮化钛和碳化钛

1．5．1 氮化钛

1．5．2 碳化钛及其制备方法

1．5．3 氮化钛和氮化钛的应用领域

1．6 论文选题的目的和意义

1．7 论文研究的主要内容

第二章 实验材料、测试及表征

2．1 实验试剂及仪器

2．2 材料表征仪器

2．3 染料敏化太阳能电池的一般制备方法

2．3．1 光阳极的制备

2．3．2 电解液的配制

2．3．3 对电极的制备

2．3．4 电池的组装

2．4 测试仪器及方法

2．4．1 循环伏安测试

2．4．2 光电转换效率的测试

2．4．3 电化学交流阻抗(EIS)测试

第三章 聚吡咯／石墨烯复合对电极的应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 氧化石墨烯的制备

3．2．2 聚吡咯／氧化石墨烯(PPy／GO)的制备

3．2．3 聚吡咯／石墨烯(PPy／RGO)的制备

3．3 结果讨论

3．3．1 反应产物鉴定与表征

3．3．2 产物形貌研究

3．3．3 催化性能研究

3．3．4 光电转换效率研究

3．3．4 电化学交流阻抗谱研究

3．3．5 柔性染料敏化太阳能电池

3．4 小结

第四章 氮掺杂无定形碳／氮化钛／碳化钛复合对电极

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 钛板的表面处理

4．2．2 氮掺杂无定形碳／氮化钛／碳化钛的制备

4．3 结果讨论

4．3．1 反应产物鉴定与表征

4．3．2 产物形貌研究

4．3．3 催化性能研究

4．3．4 电化学交流阻抗研究

4．3．4 光电转换效率研究

4．3．5 柔性染料敏化太阳能电池

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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