太陽能光電轉換及其蓄電的相關基礎研究.pdf

1、隨著資源短缺和環(huán)境污染問題的日益突出，太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源越來越受到世人的關注。通過太陽能光伏系統(tǒng)進行光電轉換是人類利用太陽能的主要途徑之一。在太陽能光伏系統(tǒng)里，太陽能電池和蓄電池成為最關鍵的兩個部件。染料敏化太陽能電池(DSCs)具有成本低、理論轉換效率高、制作工藝簡單等優(yōu)點，成為近年來太陽能電池領域的研究熱點。為此，國內(nèi)外在對DSCs的光陰陽極、電解質(zhì)，生產(chǎn)工藝以及電池結構等方面均進行了不斷的探索。其中，作為D

2、SCs重要組成部分的光陰極起著催化還原I<,3><'->和電子轉移的作用，其電催化性能對整個DSCs的光電轉換性能有著重要的影響。目前，DSCs光陰極主要是采用貴金屬材料Pt作催化電極。然而其昂貴的價格限制了它的實際應用。因此，對低成本高性能光陰極的研究與開發(fā)就成為本論文的焦點。同時，將太陽能光電轉換獲得的電能進行蓄電需要高能量密度的蓄電池。目前，具有充放電速率高，耐過充放電能力強，維護簡便，循環(huán)壽命長等特點的堿性鎳蓄電池備受人們青睞，

3、成為蓄電池重點發(fā)展的方向之一。在堿性鎳蓄電池中，鎳電極的正極活性物質(zhì)都是氫氧化鎳，對電池的容量和壽命起著關鍵作用。因此，加強對正極活性物質(zhì)Ni(OH)<,2>的基礎研究具有重要的意義。本論文主要內(nèi)容如下： (1)染料敏化納米TiO<,2>太陽能電池主要是由納米多孔TiO<,2>薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)、光陰極等幾個部分組成，各部分性能的好壞直接影響到整個DSCs的性能。因此，我們通過對DSCs的系列工藝實驗來優(yōu)化DSCs的光電

4、性能，已成功獲得了9.3％光電轉換效率的染料敏化太陽能電池，這為后面深入進行DSCs的研究提供了良好的實驗基礎。 (2)經(jīng)高溫裂解得到的球形乙炔黑(AB)，其具有良好的導電性和較大的比表面積。采用旋涂法，將球形乙炔黑均勻涂敷在導電玻璃上，用作DSCs的光陰極，有利于增大電解質(zhì)與光陰極間的接觸，減小電池內(nèi)阻，可以有效地提高其電催化活性，從而獲得較高的光電轉換效率(5.76％)。為降低電池的成本進行了一些有益的探索。 (3)

5、在AB電極研究的基礎上，通過浸漬和熱分解的方法，我們制得了載鉑量低的新型Pt/AB光陰極。SEM和TEM分析表明，Pt納米顆粒均勻的分散在AB 表面。Pt/AB電極的載鉑量僅為2.0μg/cm<'2>，遠低于DSCs中常用的載鉑量為5-10μg/cm<'2>的Pt電極。電化學測試表明，Pt/AB光陰極的電荷交換電阻為1.48Ωcm<'2>，用于DSCs中獲得8.6％的光電轉換效率。這為降低貴金屬Pt的使用，進而降低DSCs制造成本有著重

6、要的實際意義。 (4)以多孔氧化鋁為模板，在不同溶液濃度下，用化學沉積法制備了氫氧化鎳納米管。采用XRD，SEM，TEM和HRTEM等手段，對產(chǎn)物的物相、表面形貌及微結構進行了表征。結果表明所得產(chǎn)物是高純度的氫氧化鎳納米管，外徑約為180～220nm，管壁厚20～30nm。將所制備的氫氧化鎳納米管制成電極，其電化學性能測試表明，Ni(OH)<,2>納米管的中空結構特點，能夠有效地提高鎳電極的充電效率、放電比容量、高倍率及高溫放電