鈷基硫化物及其石墨烯復(fù)合物設(shè)計合成與染料敏化太陽能電池對電極性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells，DSSCs)相對于傳統(tǒng)晶硅太陽能電池而言具有低成本、結(jié)構(gòu)簡單以及較好的光電轉(zhuǎn)換效率等特性，現(xiàn)已成為目前科研熱點之一而被越來越多的科研工作者關(guān)注。典型的DSSCs具有“三明治”結(jié)構(gòu):吸附染料(如N719)的TiO2光陽極，含氧化還原電對(如I3-/I-)的電解液溶液和催化材料組成的對電極。其中，對電極作為DSSCs的重要組成部分，它的主要作用是傳遞電池外電路電子并且

2、催化還原電解液中的氧化還原電對(如I3-/I-)。傳統(tǒng)對電極是由負載鉑(Pt)的透明導(dǎo)電玻璃充當，但Pt作為對電極溶液被電解液腐蝕，從而極大影響DSSCs的穩(wěn)定性;而且Pt是貴金屬，其昂貴的價格導(dǎo)致了DSSCs不能大規(guī)模地應(yīng)用。當前，不少對電極材料已被開發(fā)出來，但是這些對電極材料在電催化活性、穩(wěn)定性、及易合成等方面都難以與Pt相媲美，因此開發(fā)新型對電極材料已經(jīng)成為當務(wù)之急。本文以非Pt對電極材料的開發(fā)作為研究背景，以鈷基硫化物的合成及應(yīng)

3、用為切入點，通過合理的實驗設(shè)計，以水熱法制備出多種鈷基硫化物及其石墨烯復(fù)合物并作為DSSCs對電極材料組裝成器件進行了一系列表征及測試。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過簡單水熱法，利用混合溶劑體系合成了由超薄納米片組成的3DCo-Al-LDHs微球，并以其為模板進行硫化制備出了非晶硫化鈷(CoSx)納米片，該結(jié)構(gòu)保留了LDH的層狀結(jié)構(gòu)。將其分散在無水乙醇溶液中作為對電極材料刮涂在導(dǎo)電玻璃上，制成對電極進行一系列的電化學(xué)測試;結(jié)果

4、表明，CoSx對電極在催化活性及穩(wěn)定性等方面均能夠媲美傳統(tǒng)Pt對電極。將CoSx與石墨烯復(fù)合形成CoSx/rGO復(fù)合物并將其作為對電極材料組裝成器件進行一系列電化學(xué)測試，測試結(jié)果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)Pt對電極。兩種對電極相對應(yīng)的DSSCs器件的光電轉(zhuǎn)換效率也優(yōu)于同等條件下的Pt對電極。
　　(2)通過簡單水熱法，利用混合溶劑體系合成了由超薄納米片組成的3DCo-Fe-LDHs微球及其與石墨烯復(fù)合材料Co-Fe-LDHs/rGO，并以其為模

5、板硫化合成了鈷基三元硫化物CoFeS2及其石墨烯復(fù)合物CoFeS2/rGO，它們均保留了部分LDH的層狀結(jié)構(gòu)。分別將其分散在無水乙醇溶液中作為對電極材料刮涂在導(dǎo)電玻璃上，制作成對電極進行一系列的電化學(xué)測試;結(jié)果表明，CoFeS2對電極催化活性及穩(wěn)定性也能夠與Pt相當，CoFeS2/rGO對電極則明顯優(yōu)于Pt對電極。將二者分別組裝成DSSCs器件并對其進行測試，二者的光電轉(zhuǎn)換效率均能與同等條件下Pt相媲美，尤其是CoFeS2/rGO的光電