本文關(guān)鍵詞：染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極催化材料的制備及研究

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【摘要】：染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)作為一種新型太陽(yáng)能電池,具有高能量轉(zhuǎn)換效率,低制作成本,綠色環(huán)保和輕便簡(jiǎn)易等諸多優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)下被廣泛研究的光伏器件之一。染料敏化太陽(yáng)能電池主要由TiO2光陽(yáng)極,對(duì)電極和電解液組成。其中,對(duì)電極主要負(fù)責(zé)收集從外電路來(lái)的電子,催化氧化還原電子對(duì)(Iˉ/I3ˉ)的循環(huán)再生,因此,對(duì)電極催化材料的性能對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)的性能優(yōu)劣有著十分重要的影響。常用的金屬鉑對(duì)電極盡管具備極好的電催化性能,但因?yàn)橹谱鞒杀緲O高,嚴(yán)重影響了的DSSC的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用,因此尋找一種高效低成本的鉑的替代材料成為對(duì)電極研究的熱點(diǎn)。本論文主要采用CuInS_2納米晶與碳納米纖維基質(zhì)相結(jié)合的思路來(lái)制備高效低廉的對(duì)電極催化材料。主要工作如下(1)以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、CuCl2、InCl3、C2H5NS和石墨烯(GO)為紡絲原料,通過(guò)靜電紡絲和碳化的方法,使PVP分解,分別制得Cu InS_2和GO+CuInS_2兩種納米纖維,將其分別作為DSSC的對(duì)電極材料,通過(guò)交流阻抗和塔菲爾等化學(xué)方法測(cè)試了電極和電池的電催化性能和界面性質(zhì)。結(jié)果表明,基于CuInS_2和GO+CuInS_2兩種樣品對(duì)電極的DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到5.27%和5.93%。(2)以聚丙烯腈(PAN)、CuCl2、InCl3、C2H5NS和石墨烯(GO)為紡絲原料,采用靜電紡絲和碳化的方法,依次制得CIS/C,p-CIS/C,p-RGO@CIS/C三種復(fù)合納米纖維。其中,p-RGO@CIS/C納米纖維作為DSSC的對(duì)電極材料時(shí),展示了比p-CIS/C和CIS/C對(duì)電極更佳的催化性能,組裝的DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.23%,超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的鉑對(duì)電極,這主要與其特殊的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積有關(guān)。(3)利用常見(jiàn)生活垃圾—雞蛋殼膜(ESM)作為原料,通過(guò)簡(jiǎn)單的液相浸漬和碳化的方法制備了負(fù)載CuInS_2的碳化的雞蛋殼膜(CESM),并作為DSSC的對(duì)電極材料。該CESM-CuInS_2復(fù)合材料呈現(xiàn)三維多孔的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),CuInS_2納米晶的平均尺寸在25 nm左右。作為DSSC對(duì)電極,電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)5.79%,接近于標(biāo)準(zhǔn)Pt對(duì)電極。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 對(duì)電極 碳納米纖維 靜電紡絲 銅硫銦
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-25
• 1.1 太陽(yáng)能電池的研究背景12-13
• 1.2 染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSCS)13-17
• 1.2.1 DSSCs的發(fā)展13
• 1.2.2 DSSCs的基本結(jié)構(gòu)與工作原理13-15
• 1.2.3 DSSCs的性能參數(shù)15-16
• 1.2.4 光陽(yáng)極簡(jiǎn)述16-17
• 1.3 對(duì)電極的研究進(jìn)展17-21
• 1.4 靜電紡絲與納米纖維21-23
• 1.4.1 靜電紡絲的原理21-22
• 1.4.2 靜電紡納米纖維在電極材料中應(yīng)用22-23
• 1.5 課題研究的目的、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)23-25
• 1.5.1 研究的目的23
• 1.5.2 研究的內(nèi)容23-24
• 1.5.3 創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 2 CuInS_2納米纖維的制備25-38
• 2.1 前言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.2.3 紡絲溶液的配制26
• 2.2.4 導(dǎo)電玻璃基底的預(yù)處理26
• 2.2.5 CuInS_2/PVP納米纖維的制備26-27
• 2.2.6 GO+CuInS_2/PVP納米纖維的制備27
• 2.2.7 CuInS_2和GO+CuInS_2納米纖維的制備27
• 2.2.8 染料的配置27
• 2.2.9 光陽(yáng)極的制備27
• 2.2.10 太陽(yáng)能電池的組裝27
• 2.3 測(cè)試與表征27-28
• 2.3.1 形貌表征27-28
• 2.3.2 微結(jié)構(gòu)表征28
• 2.3.3 拉曼測(cè)試28
• 2.3.4 光電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試28
• 2.3.5 循環(huán)伏安 (CV)測(cè)試28
• 2.3.6 阻抗(EIS)和塔菲爾極化(Tafel polarization) 測(cè)試28
• 2.4 結(jié)果與分析28-37
• 2.4.1 纖維形貌分析28-29
• 2.4.2 TEM分析29-30
• 2.4.3 XRD分析30-31
• 2.4.4 EDS元素分布31-32
• 2.4.5 拉曼分析32-33
• 2.4.6 循環(huán)伏安33-34
• 2.4.7 I-V曲線34-35
• 2.4.8 交流阻抗35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 CuInS_2碳納米纖維的制備38-54
• 3.1 前言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器38
• 3.2.3 溶液的配置38
• 3.2.4 靜電紡絲38-39
• 3.2.5 對(duì)電極材料的制備39
• 3.2.6 對(duì)電極的制備39
• 3.2.7 染料的配置39
• 3.2.8 光陽(yáng)極的制備39
• 3.2.9 電池的組裝39
• 3.3 測(cè)試與表征39-40
• 3.3.1 XPS能譜測(cè)試39-40
• 3.3.2 孔隙率測(cè)試40
• 3.4 結(jié)果與討論40-53
• 3.4.1 纖維形貌分析40-41
• 3.4.2 TEM分析41-44
• 3.4.3 XRD分析44-45
• 3.4.4 比表面積和孔徑分布分析45-47
• 3.4.5 XPS能譜分析47
• 3.4.6 拉曼分析47-49
• 3.4.7 循環(huán)伏安49-50
• 3.4.8 交流阻抗50-51
• 3.4.9 塔菲爾曲線51-52
• 3.4.10 I-V曲線52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 4 碳化雞蛋殼膜負(fù)載CuInS_2納米晶復(fù)合膜材料的制備54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分54-55
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料54
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器54
• 4.2.3 酸處理54-55
• 4.2.4 浸漬前驅(qū)液55
• 4.2.5 雞蛋殼膜的碳化55
• 4.2.6 對(duì)電極的制作55
• 4.2.7 染料的配置55
• 4.2.8 光陽(yáng)極的制備55
• 4.2.9 電池的組裝55
• 4.3 測(cè)試與表征55
• 4.4 結(jié)果與分析55-65
• 4.4.1 XRD分析55-56
• 4.4.2 纖維形貌分析56-58
• 4.4.3 TEM分析58-59
• 4.4.4 CESM-CuInS_2的制備機(jī)理59-60
• 4.4.5 拉曼分析60
• 4.4.6 比表面積和孔徑分布分析60-61
• 4.4.7 I-V曲線61-62
• 4.4.8 交流阻抗和塔菲爾曲線62-63
• 4.4.9 XPS能譜分析63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 5 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 附錄：碩士研究生學(xué)習(xí)階段發(fā)表論文及參加科研目和專利71-73
• 致謝73

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本文編號(hào)：1131594