石墨炔在染料敏化太阳能电池中的应用

【摘要】：充分和高效的利用太阳能电池发电是解决人类能源需求的一个大课题，传统的化石能源对人类社会的发展做出了突出的贡献，但化石能源所产生的环境污染也是困扰人们的一大难题，随着科学技术的进步，开发和利用新的清洁能源势在必行。本论文围绕太阳能电池中的染料敏化太阳能电池分支展开研究，具体内容如下： 1.尝试将新型二维碳纳米材料石墨炔引入到二氧化钛光阳极薄膜中，通过物理混合法和水热合成法将石墨炔掺杂到二氧化钛光阳极薄膜内，利用碳纳米材料良好的导电性能加快光阳极薄膜内部的电子传输，提高染料敏化太阳能电池的整体光电转换效率。 2.针对目前染料敏化太阳能电池的对电极催化剂催化效率不高的问题，利用真空离子溅射法，将新型二维碳纳米材料石墨炔与铂纳米粒子复合，制备出一种新型的染料敏化太阳能电池对电极，并与传统的铂纳米粒子对电极，石墨烯复合铂纳米粒子对电极以及金属铂片对电极作对比，石墨炔复合铂纳米粒子对电极对染料敏化太阳能电池电解液中的I-/I3-氧化还原电对有较好的催化性能，电池效率有较大增加，同时该复合材料提高了太阳能电池的开路光电压。 【关键词】：石墨炔 染料敏化太阳能电池 对电极 光阳极
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号说明10-11
• 1 引言11-34
• 1.1 研究背景11
• 1.2 太阳能电池发展简介11-15
• 1.2.1 太阳能电池的基本参数12-13
• 1.2.2 太阳能电池的分类13-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池15-23
• 1.3.1 染料敏化太阳能电池的发展16-21
• 1.3.2 染料敏化太阳能电池工作机理21-23
• 1.4 染料敏化太阳能电池中的光阳极23-25
• 1.5 染料敏化太阳能电池中的对电极25-29
• 1.5.1 纳米铂25
• 1.5.2 传统碳纳米材料25-29
• 1.5.2.1 石墨、炭黑、活性炭26
• 1.5.2.2 富勒烯家族26-27
• 1.5.2.3 碳纳米管27
• 1.5.2.4 石墨烯27-29
• 1.6 石墨炔29-33
• 1.7 论文的选题目的及研究意义33-34
• 2.利用石墨炔增强染料敏化太阳能电池光阳极的电子传输34-43
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-37
• 2.2.1 实验仪器及化学药品35-36
• 2.2.2 制备方法36-37
• 2.2.2.1 石墨炔的制备36
• 2.2.2.2 丝网印刷浆料的配制36
• 2.2.2.3 丝网印刷法制备染料敏化太阳能电池光阳极36
• 2.2.2.4 电解质的配制36
• 2.2.2.5 染料敏化太阳能电池的组装36-37
• 2.2.3 表征方法37
• 2.3 结果讨论37-42
• 2.3.1 丝网印刷层数与光阳极厚度的关系37-38
• 2.3.2 商业化散射层增强光电转化效率38-40
• 2.3.3 掺杂不同比例的石墨炔对光阳极效率的影响40-42
• 2.4 总结与展望42-43
• 3.利用石墨炔增强染料敏化太阳能电池对电极的催化活性43-57
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-48
• 3.2.1 化学药品及实验仪器44-45
• 3.2.2 制备方法45-47
• 3.2.2.1 薄层石墨炔的制备45
• 3.2.2.2 对电极的制备45-46
• 3.2.2.3 导电玻璃增透膜的制备46
• 3.2.2.4 光阳极的制备46
• 3.2.2.5 电解质的配制46
• 3.2.2.6 染料敏化太阳能电池的组装46-47
• 3.2.3 表征方法47-48
• 3.2.3.1 形貌表征47
• 3.2.3.2 光谱表征47
• 3.2.3.3 光电化学表征47-48
• 3.3 结果与讨论48-56
• 3.3.1 石墨炔（GD）及石墨炔铂纳米粒子复合对电极（PtNPs-GD）的电镜表征48-50
• 3.3.2 石墨炔（GD）及复合对电极（PtNPs-GD）的拉曼光谱表征50-51
• 3.3.3 复合对电极的 X 射线光电子能谱（XPS）表征51-52
• 3.3.4 不同对电极的电化学表征（循环伏安测试和阻抗测试）52-54
• 3.3.5 不同对电极光电转化效率测试54-56
• 3.4 总结与展望56-57
• 4 结论57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 攻读学位期间发表的学术论文目录63-64

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