柔性碳納米纖維膜的制備及其在染料敏化太陽(yáng)電池的應(yīng)用研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)電池(Dye sensitized solar cells，DSSCs)作為第三代新型有機(jī)太陽(yáng)電池，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，是一種效率高、可柔性化的環(huán)境友好型器件，由光陽(yáng)極、電解質(zhì)和對(duì)電極三部分組成。對(duì)電極是DSSCs的重要組成部分，一般起收集外電路的電子、催化還原I3-的作用。通常的對(duì)電極材料是貴金屬鉑(Pt)，效率高，成本也相對(duì)較高，開(kāi)發(fā)廉價(jià)高效的非Pt對(duì)電極材料將進(jìn)一步提高DSSCs的效率。此外，傳統(tǒng)的玻璃基DSSCs質(zhì)

2、量重，易碎，限制了應(yīng)用，開(kāi)發(fā)柔性DSSCs擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，為可穿戴太陽(yáng)電池提高基礎(chǔ)。
　　本文利用靜電紡絲、預(yù)氧化、碳化工藝制備了高柔性靜電紡碳化鈦/碳(TiC/C)納米纖維膜。用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、電子硬挺度測(cè)試儀、四探針電阻測(cè)試儀等測(cè)試手段對(duì)樣品的形貌和性能進(jìn)行表征，并探討了不同TiC負(fù)載量對(duì)復(fù)合納米纖維表面形態(tài)以及柔韌性能、導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示:TiC納

3、米顆粒隨機(jī)均勻分布在碳納米纖維(300-450nm)上。隨著TiC納米顆粒負(fù)載量的增加，TiC/C納米纖維膜的柔性模量逐漸較小，表明復(fù)合納米纖維膜的柔韌性能越來(lái)越好。隨著鈦酸異丙酯在前驅(qū)體紡絲液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合納米纖維膜的電導(dǎo)率逐漸增大，當(dāng)鈦酸異丙酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12wt％時(shí)，復(fù)合納米纖維膜的電導(dǎo)率達(dá)到最大值;當(dāng)鈦酸異丙酯在前驅(qū)體紡絲液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加時(shí)，復(fù)合納米纖維將會(huì)產(chǎn)生更多的缺陷結(jié)構(gòu)，纖維之間的接觸電阻變大，TiC/C復(fù)

4、合納米纖維膜的電導(dǎo)率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，導(dǎo)電性變差。當(dāng)采用優(yōu)化后的TiC/C納米纖維膜（12wt％的鈦酸異丙酯）為柔性染料敏化太陽(yáng)電池(Flexible DSSCs，F(xiàn)DSSCs)的對(duì)電極組裝FDSSCs時(shí)，獲得了3.80％的光電轉(zhuǎn)化效率（η）。
　　在此基礎(chǔ)上，采用在前驅(qū)體紡絲液中加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，然后熱處理除去PMMA的方法制備了介孔TiC/C納米纖維膜。通過(guò)調(diào)控PMMA的含量來(lái)達(dá)到調(diào)控孔結(jié)構(gòu)的目的。同樣采用FE-

5、SEM、TEM、氮?dú)馕?脫附測(cè)試、電子硬挺度測(cè)試儀、四探針電阻測(cè)試儀等手段對(duì)樣品進(jìn)行表征。結(jié)果表明:隨著前驅(qū)體紡絲液中PMMA與(PAN/PVP)比例的增加，介孔TiC/C納米纖維膜的比表面積和電導(dǎo)率增加，當(dāng)PMMA與(PAN/PVP)的比例為1∶1時(shí)，介孔TiC/C納米纖維膜的比表面積從228m2g-1增加到280m2g-1，平均電導(dǎo)率從33.33S m-1增加到80.00S m-1;隨著PMMA與(PAN/PVP)的比例為進(jìn)一步增

6、加，復(fù)合納米纖維膜的比表面積基本恒定，而導(dǎo)電率有所下降。比表面積和電導(dǎo)率的提高有利于電解液的擴(kuò)散和I3-的還原，從而提高對(duì)電極的性能。當(dāng)PMMA與（PAN/PVP）比例為1∶1時(shí)，將這種介孔TiC/C納米纖維膜作為FDSSCs的對(duì)電極，其光電轉(zhuǎn)化效率提高到4.47％。
　　在最優(yōu)介孔TiC/C納米纖維膜的基礎(chǔ)上，將溶液法得到的三硫化鉬(MoS3)與優(yōu)化后的介孔TiC/C納米纖維膜通過(guò)熱解法結(jié)合起來(lái)，制備了柔性MoS2/TiC/C納

7、米纖維膜。采用FE-SEM、TEM、XRD、X射線光電子能譜(XPS)等表征技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn):MoS2呈顆粒狀和毛刺狀嵌入在TiC/C納米纖維表面，且有一小部分MoS2在空氣中被氧化成MoO3，但是少量的的氧化并不影響對(duì)電極性能的正常發(fā)揮。非導(dǎo)電MoS2的加入使得對(duì)電極的電阻略有增大，但對(duì)復(fù)合納米纖維膜的柔韌性影響較小，依然適合用于FDSSCs的柔性對(duì)電極。采用MoS2/TiC/C納米纖維膜作為FDSSCs的對(duì)電極時(shí)，其光電