【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和文明的進(jìn)步,人類對(duì)清潔能源的渴求日益加劇,染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)由于其極具潛力的環(huán)保、低成本等優(yōu)勢(shì),引起了廣泛關(guān)注,成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。DSSC主要由染料敏化納米晶半導(dǎo)體薄膜電極(如最常用的FTO/TiO_2電極)、電解質(zhì)和對(duì)電極(如最常用的FTO/Pt電極)三部分構(gòu)成。如何提高性能、降低成本是當(dāng)前DSSC電極材料研究的核心內(nèi)容,對(duì)于推動(dòng)DSSC的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。對(duì)電極最常用的材料是貴金屬鉑(Pt),但是由于鉑的存儲(chǔ)量十分的有限,它的價(jià)格特別昂貴,所以發(fā)展廉價(jià)高效的新型對(duì)電極材料,對(duì)降低DSSC的成本,促進(jìn)染料敏化太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用有重要意義。本文主要研究染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極材料,我們合成了兩種廉價(jià)高效的對(duì)電極材料,分別為具有規(guī)則形狀的NiS亞微米方塊對(duì)電極材料和具有二維層狀結(jié)構(gòu)的TiS_2對(duì)電極材料,我們對(duì)具有特定形貌的NiS、TiS_2材料的制備及相關(guān)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。1.NiS亞微米方體材料的制備及性能研究。我們對(duì)NiS的制備方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,以簡(jiǎn)單易得、價(jià)格低廉的NiSO_4·6H_20和NaOH為原料,第一次采用簡(jiǎn)單的水熱法合成了具有規(guī)則形狀的NiS亞微米立方體對(duì)電極材料。這種立方體的直徑大約在300-800nm之間,用它作為對(duì)電極組裝電池,做各種性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果與以Pt為對(duì)電極電池做對(duì)比,發(fā)現(xiàn)各種性能都有很大提高。為了使所合成的NiS的性能的進(jìn)一步的提高,我們發(fā)現(xiàn)在氬氣的氣流中400℃的高溫?zé)Y(jié)1個(gè)小時(shí)后,NiS形狀不變,依然保持了規(guī)則的立方體形狀,而且相對(duì)于未燒結(jié)之前的NiS表現(xiàn)出更卓越的光電性能。這種低成本的Ni亞微米立方體有成為傳統(tǒng)Pt電極替代材料的潛力。2.二維納米TiS_2材料的制備及性能研究。我們對(duì)TiS_2的制備方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,我們發(fā)現(xiàn)采用溶劑熱法在200℃的溫度下能夠合成二維納米超薄TiS_2材料,這種材料擁有與石墨烯類似的形貌。它的厚度在1-10nm之間,直徑大約1-2μm,每一片TiS_2納米片都是由一層或者多層的TiS_2單晶薄片構(gòu)成。我們所合成的厚度為20μm的TiS_2方塊電阻為7.1Ω·m~(-2),比傳統(tǒng)的Pt電極的14.2Ω·m~(-2)小了近一倍左右。這種二維納米TiS_2對(duì)材料不僅具有良好的導(dǎo)電性,而且擁有卓越的電催化性能,可以作為廉價(jià)高效的對(duì)電極材料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

圖 1-1 染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖上圖所示的就是染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，它主要由以下幾個(gè)部分組成：導(dǎo)電底、光陽(yáng)極、電解質(zhì)溶液和對(duì)電極[18-20]。（1）導(dǎo)電基底（Conductive substrate）：太陽(yáng)能電池領(lǐng)域經(jīng)常被使用的導(dǎo)電基底般為 FTO 或者 ITO。而染料敏化太陽(yáng)能電池所用的是透明 FTO 導(dǎo)電基底，它是由氧錫（FTO）導(dǎo)電玻璃摻雜氟元素構(gòu)成的[21]。FTO 導(dǎo)電基底的透光率高一般于 85%，方電阻在十幾歐姆左右，具有極好的熱穩(wěn)定性，非常有利于收集和傳輸電子。（2）半導(dǎo)體光陽(yáng)極薄膜（Photoanode）:染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極具有兩個(gè)面的作用：①它是光染料敏化劑的載體，染料分子都是吸附在光陽(yáng)極的半導(dǎo)體納米料上；②它還是獲得和傳輸電子的介質(zhì)。高效的半導(dǎo)體光陽(yáng)極薄膜應(yīng)該具備以下幾性質(zhì)：①染料敏化太陽(yáng)能電池所使用的半導(dǎo)體光陽(yáng)極、染料敏化劑、電解質(zhì)溶液三間的能級(jí)必須要匹配；②半導(dǎo)體光陽(yáng)極薄膜應(yīng)該具有吸收盡可能多的染料分子的性這樣才能更多的吸收光子，所組裝的電池的效率才會(huì)更高；③光陽(yáng)極薄膜和電解質(zhì)

1-2 染料敏化納米晶 TiO2太陽(yáng)能電池的工作原理圖.( D 和 D*分別為染料的基態(tài)和激發(fā)態(tài)為氧化還原電解質(zhì))染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理是效仿植物進(jìn)行光合作用的工作原理，模擬植物利用太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行光合作用的原理將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，研制出來(lái)的一種陽(yáng)能.電池。在電池的轉(zhuǎn)換機(jī)理上，染料敏化太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電

光伏性能表征中很直觀的反應(yīng)電池的優(yōu)劣水平的測(cè)試方法。我們可以從 I-性能參數(shù)全面的衡量染料敏化太陽(yáng)能電池的性能的高低，判斷利用我們的裝的染料敏化太陽(yáng)能電池在該領(lǐng)域是否具有很好的應(yīng)用前景等。染料敏化 I-V 曲線如下圖所示，圖中相關(guān)的太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)的詳細(xì)介紹如下

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇麗君;肖堯明;韓高義;林正裕;吳季懷;;高效鐵鉬硫?qū)﹄姌O在無(wú)鉑染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用（英文）[J];Science China Materials;2018年10期

2 張文博;楊術(shù)明;;炭黑復(fù)合對(duì)電極的制備及其性能研究[J];科技致富向?qū)?2015年05期

3 竹懷君;黃光勝;;染料敏化太陽(yáng)能電池柔性對(duì)電極的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2012年03期

4 儲(chǔ)玲玲;高玉榮;武明星;王琳琳;馬廷麗;;附著性能優(yōu)異的碳對(duì)電極的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

5 馬換梅;田建華;劉懿平;單忠強(qiáng);;染料敏化太陽(yáng)能電池低鉑對(duì)電極的制備和性能[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2011年06期

6 紀(jì)偉偉;蔡寧;趙穎;張曉丹;孫建;魏長(zhǎng)春;遠(yuǎn)存達(dá);李媛;蘇燕;熊紹珍;;一種染料敏化太陽(yáng)電池用新型對(duì)電極的研究[J];中國(guó)科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué));2009年08期

7 Toshimasa.Kagajo;文末;;粘結(jié)劑瀝青中次生QI對(duì)電極焙燒過(guò)程中膨脹的限制作用[J];炭素技術(shù);1987年04期

8 趙曉功;龔乾;舒代萱;;鈦基氧化錳電極表面狀態(tài)的研究[J];化工冶金;1988年04期

9 周振清 ,尚紹英;尿意傳感器[J];日本醫(yī)學(xué)介紹;1989年08期

10 肖堯明;吳季懷;程存喜;陳媛;岳根田;林建明;黃妙良;范樂(lè)慶;蘭章;;低溫制備高效透明鉑對(duì)電極及其在柔性染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[J];科學(xué)通報(bào);2012年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 趙宇龍;朱磊;楊洋;姚迪圣;強(qiáng)穎懷;;染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極Cu2ZnSnS4/MWCNT的制備及其性能研究[A];第一屆新型太陽(yáng)能電池暨鈣鈦礦太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2014年

2 周琪森;劉建華;章錦丹;于美;李松梅;吳學(xué)科;;碳對(duì)電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[A];第四屆新型太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

3 紀(jì)偉偉;蔡寧;趙穎;孫建;魏長(zhǎng)春;張曉丹;熊紹珍;;一種染料敏化太陽(yáng)電池用新型對(duì)電極的研究[A];第十屆中國(guó)太陽(yáng)能光伏會(huì)議論文集：迎接光伏發(fā)電新時(shí)代[C];2008年

4 傅年慶;林原;;高性能柔性載鉑對(duì)電極的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第11分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

5 郭霜霜;陳維林;王恩波;;一步法水熱合成氧化亞銅對(duì)電極及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[A];第十三屆全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

6 陳洪燕;張騰龍;匡代彬;蘇成勇;;低成本對(duì)電極的制備及染料敏化太陽(yáng)能電池研究[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

7 曹雪芹;雷寶;趙乾;李國(guó)然;高學(xué)平;;磁控濺射法原位制備納米層狀硒化鉬對(duì)電極的研究[A];第四屆新型太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

8 張憲璽;周華偉;尹杰;乜忠浩;羅佩佩;李曉茵;王英華;丁菲菲;;敏化劑的設(shè)計(jì)合成策略與廉價(jià)柔性對(duì)電極材料研究[A];第四屆新型太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

9 宋隆;羅強(qiáng);趙飛;李陽(yáng);林紅;曲良體;張志攀;;雙功能介孔氮摻雜石墨烯泡沫作為染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極材料[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三十九分會(huì)：納米碳材料[C];2016年

10 盧文禮;陳曉慶;邢麗麗;殷雄;汪樂(lè)余;;基于金屬有機(jī)骨架材料的高性能染料敏化太陽(yáng)能電池柔性對(duì)電極[A];第四屆新型太陽(yáng)能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 楊旺;染料敏化太陽(yáng)能電池石墨烯基對(duì)電極材料的應(yīng)用研究[D];中國(guó)石油大學(xué)（北京）;2017年

2 陳海軍;基于新型對(duì)電極和光陽(yáng)極的染料敏化太陽(yáng)能電池光伏性能研究[D];電子科技大學(xué);2018年

3 蘆爽;過(guò)渡金屬硫化物基薄膜的制備及染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極應(yīng)用[D];東北師范大學(xué);2018年

4 董佳;過(guò)渡金屬氧族化合物的制備及其在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[D];華僑大學(xué);2018年

5 賈金彪;過(guò)渡金屬化合物在新型太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[D];華僑大學(xué);2018年

6 胡浩;碳材料對(duì)電極在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2011年

7 霍京浩;基于新型電極的染料敏化太陽(yáng)能電池的研究[D];華僑大學(xué);2016年

8 曾瑋;納米碳材料的制備及在染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極中的應(yīng)用研究[D];武漢大學(xué);2013年

9 劉廣輝;介觀太陽(yáng)能電池碳對(duì)電極研究[D];華中科技大學(xué);2013年

10 庫(kù)治良;介觀太陽(yáng)能電池對(duì)電極的制備及電池性能優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王婷;基于多酸的鉬基碳化物電催化劑的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極中的應(yīng)用[D];東北師范大學(xué);2018年

2 楊煥英;銅鋅錫硫（Cu_2ZnSnS_4）晶種層的制備及其對(duì)Cu_2S對(duì)電極的生長(zhǎng)及性能的影響研究[D];東北師范大學(xué);2018年

3 眭慧東;無(wú)鉑催化材料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極上的應(yīng)用研究[D];河北大學(xué);2018年

4 盧琪;碳納米纖維復(fù)合電極材料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[D];河北大學(xué);2018年

5 王佳敏;TiO_2納米棒陣列基無(wú)空穴傳輸層碳對(duì)電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究[D];華中師范大學(xué);2018年

6 張樂(lè)樂(lè);自制碳漿作為PSCs對(duì)電極以及碳材料在QDSSCs中的應(yīng)用研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

7 于瓊哲;染料敏化太陽(yáng)能電池硫化物對(duì)電極材料研究[D];河南大學(xué);2018年

8 劉現(xiàn)青;基于過(guò)渡金屬的染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極研究[D];河南大學(xué);2018年

9 王亞平;過(guò)渡金屬VIB化合物在染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極中的催化性能研究[D];河北師范大學(xué);2018年

10 馬靜;染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極導(dǎo)電聚合物催化材料的合成與性能研究[D];河北師范大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2800529