染料敏化太阳能电池碳对电极的研究

论文摘要

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell,DSSC）一直是最近几年人们研究的热点。这种太阳能电池材料便宜、制备工艺简单、成本低、理论转换效率高,具有很大的发展空间和很好的产业化前景。对电极是DSSC的重要组成部分,目前实验室大部分还是采用Pt作为对电极,但是昂贵的Pt增加了DSSC的成本,有限的Pt资源限制了DSSC的大规模生产和使用,因此,开发高催化活性、低成本、低面电阻的碳对电极是未来对电极发展的方向。本论文制备了一种应用于DSSC对电极的新型碳材料——膨胀石墨。以膨胀石墨作为载体,分别按照质量比为1:0、2:1、1:1、1:2、0:1复合不同的碳材料（5B铅笔芯末、乙炔黑、多壁碳纳米管）来提高其导电性和催化活性,采用涂覆的方法制成对电极,运用吸附了染料N719的商业P25 TiO2作为光阳极,离子液体电解液作为电池的电解质来组装DSSC电池,并讨论其光电转换性能。采用光强为25W/m2的绿光和75W/m2的白色发光二极管作为光源,使用德国Zahner IM6ex电化学工作站和CIMPS-2光电测试系统测量电池的I-V特性曲线。实验结果显示,复合了其它碳材料的DSSC的光电性能很好,在白光照射下转换效率最高能够达到4.39%,要远优于同等条件下的Pt对电极DSSC。研究结果表明,膨胀石墨确实是一种理想的新型DSSC碳对电极材料,它的廉价、耐腐蚀和制备工艺简单等优点,对DSSC实用化的研究具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 染料敏化太阳能电池的结构
• §1-3 染料敏化太阳能电池的工作原理
• 2光阳极的研究进展'>§1-4 纳米TiO₂光阳极的研究进展
• §1-5 染料的发展现状
• §1-6 电解液的发展现状
• §1-7 对电极的研究进展
• 1-7-1 Pt对电极
• 1-7-2 非Pt金属对电极
• 1-7-3 碳对电极
• §1-8 本课题的研究目的与内容
• 1-8-1 本课题的研究目的
• 1-8-2 本课题的研究内容
• 第二章 实验方法与性能表征
• §2-1 实验试剂与所用仪器
• §2-2 DSSC的制备
• 2-2-1 导电玻璃的清洗
• 2-2-2 膨胀石墨及碳对电极的制备
• 2-2-3 离子液体电解液的制备
• 2 光阳极'>2-2-4 拉膜法制备Ti0₂光阳极
• 2-2-5 DSSC电池的组装
• §2-3 性能表征
• 2-3-1 X射线衍射（XRD）
• 2-3-2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2-3-3 透射电镜（TEM）
• 2-3-4 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）
• 2-3-5 比表面和孔结构
• 2-3-6 电化学性能表征
• §2-4 本章小结
• 第三章 膨胀石墨/5B 铅笔芯末在 DSSC 中的应用
• §3-1 引言
• §3-2 实验部分
• 3-2-1 高温膨胀石墨的制备
• 3-2-2 EG/5B铅笔芯末碳对电极的制备
• 3-2-3 组装EG/5B铅笔芯末碳对电极DSSCs
• §3-3 实验结果与讨论
• 3-3-1 高温膨胀石墨的形貌结构表征
• 2 多孔薄膜形貌结构表征'>3-3-2 P25 Ti0₂多孔薄膜形貌结构表征
• 3-3-3 纯膨胀石墨对电极的SEM分析
• 3-3-4 EG/5B铅笔芯末碳对电极DSSCs的光电性能分析
• §3-4 本章小结
• 第四章 膨胀石墨/乙炔黑在DSSC中的应用
• §4-1 引言
• §4-2 实验部分
• 4-2-1 微波膨胀石墨的制备
• 4-2-2 EG/乙炔黑碳对电极的制备
• 4-2-3 组装EG/乙炔黑碳对电极DSSCs
• §4-3 实验结果与讨论
• 4-3-1 微波膨胀石墨的形貌结构分析
• 4-3-2 EG/乙炔黑碳对电极DSSCs的光电性能分析
• 4-3-3 电化学交流阻抗（EIS）分析
• §4-4 本章小结
• 第五章 膨胀石墨/CNTs在DSSC中的应用
• §5-1 引言
• §5-2 实验部分
• 5-2-1 EG/CNTs碳对电极的制备
• 5-2-2 Pt对电极的制备
• 5-2-3 组装碳对电极和Pt对电极DSSC
• §5-3 实验结果与讨论
• 5-3-1 多壁碳纳米管的形貌表征
• 5-3-2 EG/CNTs碳对电极DSSCs的光电性能分析
• 5-3-3 电化学交流阻抗（EIS）分析
• §5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果