基于多鐵材料Bi5FeTi3O15納米纖維的染料敏化太陽能電池對電極研究.pdf

1、在當今世界科技飛速發(fā)展的情況下，能源緊缺和環(huán)境污染是全世界及全人類最為關注的問題。人們探索研究的新型環(huán)保型能源主要有燃料乙醇、生物燃油、風能和太陽能。而太陽能由于它是一種可再生、無污染的新能源，逐漸發(fā)展為科研的研究熱點。太陽能電池就是利用太陽能進行光電轉換，使太陽光轉化成為電能并輸出電壓及電流的一種光電效應的裝置。染料敏化太陽能電池（Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs）自1991年瑞士洛桑高工M. Gr?

2、tzel教授對其有了突破性的研究，DSSC也憑借著制備工藝簡化、環(huán)境友好、原材料豐富和實用化前景好的優(yōu)點，受到了全世界的關注。
　　Bi5FeTi3O15(BFTO)是層狀鈣鈦礦多鐵材料的典型代表之一，其具有獨特的4層鈣鈦礦結構，我們可以看成由于鈣鈦礦材料BiFeO3(BFO)插入到三層鈣鈦礦結構Bi4Ti3O12(BTO)形成的。到目前為止，BFTO的磁性，鐵電性和介電性能已經(jīng)有了許多相關的研究報道，但是BFTO的光伏特性卻很被

3、報道。另外，BFO和BTO已經(jīng)被報道出可以作為DSSCs電極材料，而BFTO卻沒有相關的報道。本文旨在通過靜電紡絲的方法制備BFTO納米纖維，并研究BFTO作為染料敏化太陽能電池對電極的性能。主要研究過程如下：
　　第一部分，靜電紡絲為基本方法，制備出多鐵材料BFTO納米纖維。以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）高分子有機物作為增稠劑載體，用以制備的含有Bi，F(xiàn)e，Ti，和O四種元素的前軀體溶液。靜電紡絲實驗在通有直流高壓8~14kV，接收

4、距離10~20cm，溶液推進速度5~15μl/min的條件下，實驗得到前驅(qū)體溶液的納米纖維，經(jīng)過30min的650℃高溫處理，制備出顆粒大小均勻且結晶良好，形成直徑粗細均勻并由每個 BFTO顆粒緊密的連接在一起的BFTO納米纖維，其直徑約為40~100nm。然后通過XRD、SEM、TEM、UV-vis等測試對BFTO納米纖維材料進行物理表征。
　　第二部分，采用層狀結構和表面積較大的二硫化鉬(MoS2)，與BFTO充分混合，作為D

5、SSCs對電極材料，利用MoS2較好電導性和電催化活性，通過復合來提高BFTO的光伏特能。通過電化學工作站測試得出當 BFTO/MoS2復合物中 MoS2的質(zhì)量比為50％時，其作為對電極的Jsc和Voc相對于其他質(zhì)量比的對電極來說，都是最大的，因此它的光電轉化效率也最大為5.20%，這是在同樣條件下單獨用BFTO作為對電極測的光電轉化效率的數(shù)十倍大。實驗結果證明MoS2大大提高了BFTO作為對電極在DSSCs中的導電性和電催化活性，同時

6、也表大了電極的比表面積，最終使的光電轉化效率也得到提高。
　　第三部分，石墨烯是一種新的碳晶體家庭成員中具有獨特的2D結構的納米材料，它憑借著載流子遷移率高、導電性好和導熱性能高等優(yōu)良性能，備受關注。本章利用石墨烯載流子遷移率高和較好的導電性，在研缽中讓石墨烯和鐵電材料 BFTO研磨2h，使之充分混合。然后在導電玻璃 FTO上經(jīng)過刮膜、退火、與光陽極組裝等步驟制成電池，由伏安特性曲線得出，在石墨烯的比例占2%的時候，光電轉換效率很