石墨烯、C60對(duì)電極在染料敏化太陽(yáng)能電池中的研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和世界人口的劇增，人類對(duì)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(shí)化石能源的燃燒產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體，導(dǎo)致全球變暖，燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、含氮氧化物，排放到大氣中形成酸雨，嚴(yán)重破壞人類賴以生存的自然環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)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(yáng)能具有綠色無(wú)污染、使用區(qū)域廣、就地使用、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到世界

2、各國(guó)的重視和開(kāi)發(fā)利用。染料敏化電池(DSSCs)作為太陽(yáng)能光電利用的一種方式，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、廉價(jià)、綠色無(wú)污染、環(huán)境友好及制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，備受廣大科研工作者青睞和具有重要的現(xiàn)實(shí)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(yáng)極（光陰極）、電解質(zhì)和對(duì)電極三部分組成。對(duì)電極作為DSSCs的重要組成部分，具有收集和運(yùn)輸載流子、吸附并催化電解質(zhì)和反射透射光的作用。目前，對(duì)P型染料敏

3、化電池的對(duì)電極研究甚少。此外對(duì)電極一般是沉積到導(dǎo)電玻璃上的貴金屬鉑(Pt)，價(jià)格昂貴，不利于n-DSSCs的產(chǎn)業(yè)化。本文圍繞DSSCs的對(duì)電極進(jìn)行研究，希望初步能夠在P-DSSCs中尋找更多種類的對(duì)電極，同時(shí)在n-DSSCs中替代Pt對(duì)電極和降低DSSCs的成本。
　　本研究分為五個(gè)部分：第一章介紹DSSCs的分類、結(jié)構(gòu)與原理，光陽(yáng)極（光陰極）材料、染料、電解質(zhì)、對(duì)電極的研究進(jìn)展及DSSCs存在的一些問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)。第二章主要介紹

4、DSSCs的表征手段和測(cè)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(tuán)分析，紫外-可見(jiàn)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(cè)量。本章介紹DSSCs制備所需材料、測(cè)量?jī)x器、光陽(yáng)極（光陰極）、電解液、對(duì)電極的制備方法。第四章論述鉑修飾的熱蒸發(fā)C60作為對(duì)電極在n-DSSCs的應(yīng)用。通過(guò)熱沉積微

5、量的Pt，再通過(guò)熱蒸發(fā)一定厚度的C60制備為n-DSSCs的對(duì)電極。研究表明:在Pt/C60對(duì)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(shí)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(duì)電極能夠獲得與純Pt對(duì)電極相當(dāng)?shù)男?。第五章論述石墨烯納米片作為對(duì)電極在p型染料敏化電池中的應(yīng)用。通過(guò)氧化石墨還原法（Hummers法）制備還原石墨烯（rGO），將rGO分散于含質(zhì)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(jié)15min。SEM掃描觀察表明，燒結(jié)后的rGO呈石墨烯片層結(jié)構(gòu)(GN)，厚度約為16μm。通過(guò)CV、EIS及組裝p型染料敏化電池測(cè)試表明:GN對(duì)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(zhì)的p-DSSCs體系中，獲得了134 mV的開(kāi)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(zhuǎn)化效率，在同一體系中，與以Pt作為對(duì)電極