硫化物催化材料的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：降低电池制作成本和提高光电转换效率是染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,D SC)能否实现应用的两个重要条件。因而越来越多的学者将研究焦点放在找寻能替代稀缺金属Pt的对电极催化材料上。在已有的文献中,几乎未见有将硫化物与碳材料结合形成复合材料并用于DSCs对电极的相关报道。因此,本文研究了In2.77S4-Cc和NiS-Cc两种复合材料在DSCs中的催化性能。首先,采用水热法合成In277S4催化材料,并通过XRD和SEM对合成材料进行材料表征,将In2.77S4制作对电极应用在DSC中,效率仅为4.8l%。采用导电碳(Cc)对In27784材料进行掺杂得到In2.77S4.Cc复合材料并应用于DSC中.通过光电效能测试,电化学阻抗测试,循环伏安法以及Tafel极化曲线的测试系统研究了复合材料的催化性能,实验结果表明：In2.77S4-Cc复合材料对I3-/I-的循环再生表现出较高的催化性能,当In2.77S4与Cc质量比为1：4时达到最高的光电转换效率(8.71%),与Pt的(8.75%)接近。然后,分别制备了NiS-Cc和NiS-Ca(活性炭)复合材料,并用于DSCs中,研究Cc与Ca添加量对DSCs光电转换效率的影响。实验结果表明：与纯的NiS相比较,两种碳材料的添加均不同程度上增大了DSCs的光电转换效率。NiS-Cc复合材料展示了优于NiS-Ca的电催化性能。当NiS与Cc的质量比为1：4时,获得了可以与Pt(8.29%)相媲美的光电转换效率值8.15%。综上所述,本文将具备较好催化活性的硫化物与拥有良好导电性的碳材料相结合,制备出两种新型硫化物-碳复合材料In2.77S4-Cc和NiS-Cc,用于DSCs中得到了较高的光电转换效率。为DSCs对电极材料的研究提供了新思路。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 硫化物 复合材料
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-31
• 1.1 课题背景10
• 1.2 能源及太阳能电池10-12
• 1.2.1 能源及太阳能10
• 1.2.2 太阳能电池10-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池简介12-13
• 1.4 染料敏化太阳能电池基本结构与工作原理13-30
• 1.4.1 基本结构13-14
• 1.4.2 组装过程14-15
• 1.4.3 工作原理15-16
• 1.4.4 染料敏化太阳能电池的各组成介绍16-30
• 1.5 选题意义30-31
• 第2章 实验部分31-37
• 2.1 实验仪器及试剂31-34
• 2.1.1 实验仪器31
• 2.1.2 实验试剂31-32
• 2.1.3 电极制备32-34
• 2.2 分析测试方法34-37
• 2.2.1 X射线衍射分析(XRD)34
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)34-35
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)35
• 2.2.4 电化学阻抗谱(EIS)35
• 2.2.5 循环伏安法(CV)35
• 2.2.6 塔菲尔极化曲线(Tafel)35-36
• 2.2.7 光电流密度-光电压曲线(J-V)36
• 2.2.8 单色光光电转换效率(IPCE)36-37
• 第3章 In_(2.77)S_4/Cc复合材料的制备及其在DSCs中应用37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 硫化铟的合成37
• 3.3 结果与讨论37-45
• 3.3.1 In_2.77)S_4材料表征37-39
• 3.3.2 In_(2.77)S_4/Cc复合材料在DSCs中的效能39-41
• 3.3.3 不同对电极材料的电化学性能41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 硫化镍复合材料的制备及其在DSCs中的应用46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 硫化镍的合成46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 硫化镍的材料表征46-48
• 4.3.2 复合对电极材料在DSCs中的效能48-51
• 4.3.3 对电极材料的电化学性能51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读学位期间公开发表论文60-61
• 致谢61-62
• 作者简介62

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