石墨烯、C60對電極在染料敏化太陽能電池中的研究.pdf

1、隨著全球經濟的迅速發(fā)展和世界人口的劇增，人類對能源的需求與日俱增。目前，人類主要使用石油、天然氣、煤等不可再生的化石能源。研究表明，化石能源日益枯竭;同時化石能源的燃燒產生大量的二氧化碳等溫室氣體，導致全球變暖，燃燒產生的二氧化硫、含氮氧化物，排放到大氣中形成酸雨，嚴重破壞人類賴以生存的自然環(huán)境。為了實現(xiàn)人類社會可持續(xù)性發(fā)展，研究可替代化石能源的清潔能源刻不容緩。太陽能具有綠色無污染、使用區(qū)域廣、就地使用、儲量豐富等優(yōu)點，越來越受到世界

2、各國的重視和開發(fā)利用。染料敏化電池(DSSCs)作為太陽能光電利用的一種方式，具有光電轉換效率高、廉價、綠色無污染、環(huán)境友好及制備工藝簡單等優(yōu)點，備受廣大科研工作者青睞和具有重要的現(xiàn)實意義。染料敏化電池分為n型染料敏化電池(n-DSSCs)和p型染料敏化電池(p-DSSCs)，主要由光陽極（光陰極）、電解質和對電極三部分組成。對電極作為DSSCs的重要組成部分，具有收集和運輸載流子、吸附并催化電解質和反射透射光的作用。目前，對P型染料敏

3、化電池的對電極研究甚少。此外對電極一般是沉積到導電玻璃上的貴金屬鉑(Pt)，價格昂貴，不利于n-DSSCs的產業(yè)化。本文圍繞DSSCs的對電極進行研究，希望初步能夠在P-DSSCs中尋找更多種類的對電極，同時在n-DSSCs中替代Pt對電極和降低DSSCs的成本。
　　本研究分為五個部分：第一章介紹DSSCs的分類、結構與原理，光陽極（光陰極）材料、染料、電解質、對電極的研究進展及DSSCs存在的一些問題與發(fā)展趨勢。第二章主要介紹

4、DSSCs的表征手段和測量方法。DSSCs的基本表征手段有:SEM形貌表征，成分鑒定的XRD，紅外官能團分析，紫外-可見分析，循環(huán)伏安法分析催化性能，交流阻抗界面分析以及光電性能參數(shù)（I-V、FF、PCE和IPCE），超高真空多功能制樣系統(tǒng)。第三章論述染料敏化電池的制備和測量。本章介紹DSSCs制備所需材料、測量儀器、光陽極（光陰極）、電解液、對電極的制備方法。第四章論述鉑修飾的熱蒸發(fā)C60作為對電極在n-DSSCs的應用。通過熱沉積微

5、量的Pt，再通過熱蒸發(fā)一定厚度的C60制備為n-DSSCs的對電極。研究表明:在Pt/C60對電極中，微量的Pt能夠快速傳遞電子，C60能夠提供大的催化比表面，同時在FTO與C60之間的微量Pt可以改善C60與FTO的接觸，降低接觸電阻，從而Pt/C60對電極能夠獲得與純Pt對電極相當?shù)男?。第五章論述石墨烯納米片作為對電極在p型染料敏化電池中的應用。通過氧化石墨還原法（Hummers法）制備還原石墨烯（rGO），將rGO分散于含質量分

6、數(shù)為5％乙基纖維素的松油醇中，刮涂于FTO上，400℃燒結15min。SEM掃描觀察表明，燒結后的rGO呈石墨烯片層結構(GN)，厚度約為16μm。通過CV、EIS及組裝p型染料敏化電池測試表明:GN對電極擁有高的催化活性。在以NiO和P1染料為光陰極、I-/I3-電解質的p-DSSCs體系中，獲得了134 mV的開路電壓、1.90 mA.cm-2的短路電流，36.39％的填充因子和0.09％的轉化效率，在同一體系中，與以Pt作為對電極