染料敏化太陽能電池WS2對(duì)電極制備及性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題仍是困擾人類可持續(xù)發(fā)展的難題。化石能源的逐漸枯竭以及溫室效應(yīng)加劇，人們對(duì)如何利用太陽能代替化石能源課題日益關(guān)注，而太陽能電池則成為新能源材料的熱門課題之一。太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能，是一種清潔能源。常規(guī)的太陽能電池存在著各種缺陷，1991年瑞士科學(xué)家Michael Gr(a)tzel和Brian O'Regan發(fā)明染料敏化電池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)，它以制作工

2、藝簡(jiǎn)單、成本低、性能穩(wěn)定和對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)，在過去的幾十年里，一直是世界各國(guó)能源研究的熱點(diǎn)課題之一。
　　染料敏化太陽能電池通常是由吸附了染料敏化劑的工作電極、電解質(zhì)、Pt對(duì)電極組成。但是，Pt是一種貴金屬，十分稀有而且價(jià)格十分昂貴，因此不利于染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在以前的研究工作中，通常用碳材料、CoS、WC以及一些導(dǎo)電聚合等來替代Pt材料。
　　我們發(fā)現(xiàn)WS2納米片作為染料敏化電池對(duì)電極時(shí)，WS2在氧化還原反

3、應(yīng)中顯示了很好的催化活性，但由于WS2的導(dǎo)電性很差，所以這種材料作為對(duì)電極的染料敏化電池填充因子很低。因此，本論文對(duì)WS2材料進(jìn)行優(yōu)化，以提高WS2對(duì)電極的光電轉(zhuǎn)換效率。本論文以WS2和MoS2兩種材料作為染料敏化電池對(duì)電極的材料，重點(diǎn)對(duì)WS2對(duì)電極進(jìn)行探索。使用鋰離子電池中制作電極片的工藝制作對(duì)電極，并對(duì)WS2和MoS2兩種對(duì)電極材料進(jìn)行探索。本論文主要包括以下幾個(gè)部分:
　　第一部分，簡(jiǎn)要介紹了太陽能電池的發(fā)展概況，對(duì)染料敏化

4、太陽能電池的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹并論述了本論文的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x。
　　第二部分，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的主要測(cè)試手段以及儀器原理進(jìn)行介紹。
　　第三部分，將純WS2材料作為染料敏化電池的對(duì)電極材料，對(duì)制作中需要的各種材料的比例進(jìn)行探索。當(dāng)活性材料∶乙炔黑∶PVDF三種材料的質(zhì)量比為7∶1.5∶1.5時(shí)制得的WS2對(duì)電極性能最好。在最優(yōu)條件下的短路光電流(Jsc)是15.18 mAcm-2，開路光電壓(Voc)是0.64 V，填充因子(FF

5、)是0.67，光電轉(zhuǎn)換效率是5.48％，由于WS2對(duì)電極的填充因子與Pt對(duì)電極相差很大，因此與Pt對(duì)電極(6.6％)相比效率相差1.1％。但這也足以說明WS2是一種良好的對(duì)電極材料，當(dāng)然其性能有待進(jìn)一步優(yōu)化
　　第四部分，使用簡(jiǎn)單的方法制備碳包覆WS2對(duì)電極。在最佳條件下碳包覆的WS2對(duì)電極光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.5％，與同等測(cè)試條件下的Pt對(duì)電極光電效率5.56％相近。并在最優(yōu)條件下制備了柔性WS2對(duì)電極，柔性襯底為ITO(氧化銦

6、錫)/PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯），在1個(gè)太陽下光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.02％。這說明碳包覆WS2材料是一種很有潛質(zhì)的替代Pt的對(duì)電極材料。
　　第五部分，對(duì)W的同一副族元素Mo進(jìn)行了探索，將MoS2作為染料敏化電池對(duì)電極材料，并與WS2材料為對(duì)電極進(jìn)行了對(duì)比。MoS2對(duì)電極光電轉(zhuǎn)化效率為3.49％，在同等測(cè)試條件下，WS2對(duì)電極、Pt對(duì)電極光電轉(zhuǎn)換效率分別為4.39％和5.56％。因?yàn)镸oS2對(duì)電極的短路光電流和開路光電壓與WS2