染料敏化太阳能电池高性能对电极的研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)是一种新型太阳能电池,因其具有理论光电转换效率高、生产工艺简单、材料来源丰富、弱光下可发电等一系列优点而引起了广泛的关注。在染料敏化太阳能电池的三个组成部分中,对电极起到收集外电路电子以及催化电解质中氧化性物质发生还原反应的作用。贵金属Pt对电极是开发最早使用最为广泛的对电极,但其价格昂贵、储量有限、回收困难,这造成了电池制作成本的增加。另外,未来DSCs走向实用化需要制备大面积的Pt对电极,但目前还缺少相应的制备方法。因此,降低Pt的使用量以及开发简易可控制备大面积Pt对电极的方法具有重要的意义。本论文主要包含以下两个方面的内容：首先,我们研究改进了一种制备Pt对电极的方法,使用这种方法制备对电极既减少了Pt用量,又保证了电池的高性能,同时还可以进行大面积制备；其次,我们将基于单原子Pt的复合催化材料首次用于DSCs对电极体系,系统研究了这种材料的电催化行为并获得了较高的能量转换效率。 一、我们研究和改进了一种基于丝网印刷技术的Pt对电极制备方法。在制备浆料并优化其组分的基础上,通过丝网印刷技术制备了Pt对电极,并首先研究了浆料中表面活性剂对Pt纳米粒子附着力以及分散性的影响,结果表明：表面活性剂的添加可以显著改善Pt纳米粒子的分散性并增强其与FTO之间连接性。其次,研究了对电极烧结温度对其催化活性的影响,结果表明：在400℃时制备的对电极具有较高的催化活性。另外,将这种丝网印刷法与旋涂和两步浸泡法进行了系统对比,电化学及光伏特性测试表明：丝网印刷法制备的对电极具有较小的交换电阻和串联电阻,催化活性较高,相应的DSCs器件也具有较高的光电转换效率。 二、在单原子Pt复合对电极体系中,首先研究了Pt负载量与其在FeOx上分布状态之间的关系,高分辨透射电镜研究结果表明：在载Pt量为0.08%时,Pt主要以单原子形式分布,而随着载Pt负载量的增加,Pt的分布形式从单原子逐渐变化为原子簇、亚纳米、纳米颗粒。将上述几种Pt/FeOx催化剂应用在DSCs的对电极中,0.08%Pt含量的Pt/FeOx对电极组装的DSCs光电转换效率为空白FeOx的2倍,具有最高的Pt原子利用率；而随着Pt含量的增加,DSCs的光电转换效率逐渐增加,但是单位质量Pt的催化效率逐渐下降,即原子利用率逐渐下降。对上述几种Pt/FeOx对电极进行电化学性能表征,结果表明：随着Pt含量的增加,电荷转移电阻逐渐减小,催化效率逐渐增加。最后,我们认为FeOx导电性差和纳米多孔性是限制DSCs光电性能的原因。 【关键词】：Pt对电极 丝网印刷 单原子Pt 原子利用率 染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 太阳能电池的种类11-12
• 1.3 DSCs的结构及工作原理12-17
• 1.3.1 DSCs的结构12-13
• 1.3.2 DSCs的组成13-16
• 1.3.3 DSCs的工作原理16-17
• 1.4 DSCs对电极的研究现状17-21
• 1.4.1 无机化合物对电极17-19
• 1.4.2 导电聚合物对电极19
• 1.4.3 碳材料对电极19-20
• 1.4.4 复合材料对电极20-21
• 1.5 DSCs Pt对电极的研究现状21-24
• 1.5.1 Pt对电极的制备方法研究21-22
• 1.5.2 Pt对电极形貌调控的研究22-23
• 1.5.3 不同载体的复合Pt对电极的研究23-24
• 1.6 选题依据和意义24-26
• 2. 实验内容26-34
• 2.1 主要仪器和化学试剂26-28
• 2.1.1 主要仪器设备26-27
• 2.1.2 化学试剂27-28
• 2.2 DSCs的制备28-29
• 2.2.1 基板的处理28
• 2.2.2 光阳极的制备28
• 2.2.3 对电极的制备28-29
• 2.2.4 DSCs的组装29
• 2.3 DSCs的分析测试方法29-34
• 2.3.1 光电性能测试29-30
• 2.3.2 循环伏安测试30-31
• 2.3.3 电化学阻抗测试31-32
• 2.3.4 塔菲尔极化曲线测试32
• 2.3.5 X-射线衍射32-33
• 2.3.6 扫描电子显微镜33
• 2.3.7 球差校正高分辨透射电子显微镜33
• 2.3.8 紫外可见吸收光谱33-34
• 3. 丝网印刷法制备Pt对电极34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 Pt浆料的制备34-37
• 3.2.1 实验内容34-36
• 3.2.2 对电极的物理性能36-37
• 3.3 网印刷法制备Pt对电极37-39
• 3.3.1 对电极制备温度的影响37-38
• 3.3.2 不同表面活性剂对DSCs光电转换效率的影响38-39
• 3.4 三种方法制备Pt对电极39-45
• 3.4.1 三种不同方法制备的对电极的SEM表征40
• 3.4.2 三种不同方法制备的对电极透光性能表征40-41
• 3.4.3 三种不同方法制备的对电极组装的DSCs的光电转换效率41-42
• 3.4.4 三种不同方法制备的对电极的电化学性能测试42-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4. 单原子Pt催化剂在DSCs中的应用47-62
• 4.1 引言47-49
• 4.2 实验内容49
• 4.3 单原子Pt催化剂的表征49-52
• 4.3.1 单原子Pt催化剂的SEM表征49-50
• 4.3.2 单原子Pt催化剂的XRD表征50-51
• 4.3.3 单原子Pt催化剂的TEM表征51-52
• 4.4 单原子Pt催化剂的电催化性能及在DSCs的应用52-60
• 4.4.1 单原子Pt对电极的光电性能表征52-54
• 4.4.2 单原子Pt对电极对催化性能的影响54-60
• 4.5 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Preparation of porous nanocrystalline TiO_2 electrode by screen-printing technique    

附着性能优异的碳对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    储玲玲;高玉荣;武明星;王琳琳;马廷丽;

平板式ZrO_2氧传感器Pt电极浆料制备工艺研究    吴丹丹;谢光远;黄海琴;曾艳;王齐军;

电子浆料用有机载体的研究现状及发展趋势    张飞进;朱晓云;

丝网印刷法制备高催化活性对电极    赵春雨;史彦涛;钟志勇;马廷丽;

染料敏化太阳能电池的研究进展    徐长志;肖斌;柳清菊;

柔性薄膜太阳能电池的研究进展    李荣荣;赵晋津;司华燕;边志坚;马辉东;丁占来;

染料敏化太阳能电池新型对电极材料研究进展    王璟;尚兴记;张增明;谢荣艳;胡勇;丁雨田;

交联孔隙结构TiO_2-PEDOT:PSS纳米复合薄膜的制备及作为对电极的应用    徐顺建;黄勇;钟炜;肖宗湖;罗永平;欧惠;

前驱体对溶胶—凝胶法制备TiO_2薄膜微结构与形貌的影响    胡琳琳;陈建林;贾熙;李志运;

量子点敏化太阳电池对电极研究进展    靳斌斌;

柔性染料敏化太阳电池关键制备技术研究进展    罗玉峰;赖建鸿;徐顺建;钟炜;肖宗湖;

磁控溅射法制备染料敏化太阳能电池Pt对电极    黄杰;石瑜;胡泊;张军;王浩;

织构化铌酸盐系无铅压电陶瓷的制备和机理研究    李亚利

纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究    郭薇

非铂催化材料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    武明星

以氧化锌为基础的纳米结构的膜以及其在染料敏化太阳能电池中的应用    FODJOUONG GHISLAIN JOEL

双向/三向共轭延长链吩噻嗪染料的合成及其光伏性能研究    Zafar Iqbal（成远高）

染料敏化太阳能电池光电转换材料研究    万中全

改性TiO_2纳米管阵列的制备及光电性能研究    刘蕊

金属离子掺杂二氧化钛的光电性能改性研究    刘秋平

介观太阳能电池碳对电极研究    刘广辉

多金属氧酸盐-TiO_2复合膜在光伏器件和电致变色器件上的应用研究    王诗铭

具有反光膜的染料敏化太阳电池光阳极的制备及其性能的研究    龚彩虹

钇稳定氧化锆粉体制备及氧传感特性研究    赵静

新型离子液体的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用    魏超

丝网印刷用纳米ZnO气敏浆料制备研究    周春红

用于染料敏化太阳能电池的非Pt催化材料研究    林逍

CNT@C-TiO_2复合物制备及其在染料敏化太阳能电池中应用    刘成婧

新型全固态聚合物电解质及其对染料敏化太阳能电池电子复合的调控机制    谢焕焕

染料敏化太阳能电池炭对电极的研究    王德龙

纳米晶TiO_2及其复合结构的制备和光伏性能研究    蔡志霞

SDSSCs器件和氮掺杂炭气凝胶对电极的制备与性能研究    汤鹏

ZrO_2氧传感器用铂电极制备工艺    夏风,钱晓良,杨欣,刘光葵,孙尧卿

空气中烧成镍电极浆料的研究    周东祥,陈勇,邓传益,戴绍新,夏义本

电子浆料用有机载体的挥发性能    罗世永;庞远燕;郝燕萍;陈强;

厚膜电阻浆料有机载体的改进    李同泉

厚膜导电浆料技术    张勇

Pt/YSZ电极结构老化特性的复阻抗研究    简家文,杨邦朝,张益康

热丝和射频等离子体化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜    朱清锋;张海燕;陈易明;陈雨婷;陈列春;杨大勇;

Synthesis of TiO_2 nanotubes film and its light scattering property    

染料敏化太阳能电池对电极    李靖;孙明轩;张晓艳;崔晓莉;

ZrO_2氧传感器多孔铂电极热处理工艺    张舜,林健

染料敏化太阳能电池柔性对电极的研究进展    竹怀君;黄光胜;

共用一对电极同时测量心电和呼吸的方法    赵维信;

染料敏化太阳能电池对电极的研究进展    李国;胡志强;高岩;刘敬肖;刘贵山;

基于不同浓度铂对电极的染料敏化太阳能电池的性能研究    黄光胜;阮晓莉;竹怀君;

染料敏化太阳能电池对电极    李靖;孙明轩;张晓艳;崔晓莉;

染料敏化太阳能电池低铂对电极的制备和性能    马换梅;田建华;刘懿平;单忠强;

染料敏化太阳能电池碳对电极的制备及性能    杨盼;许晨阳;林红;赵晓冲;李建保;

低温制备高效透明铂对电极及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用    肖尧明;吴季怀;程存喜;陈媛;岳根田;林建明;黄妙良;范乐庆;兰章;

附着性能优异的碳对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    储玲玲;高玉荣;武明星;王琳琳;马廷丽;

染料敏化太阳能电池用聚苯胺/石墨复合对电极的制备与性能研究    丁雨田;尚兴记;王璟;胡勇;张增明;谢荣艳;

高性能柔性载铂对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用    傅年庆;林原;

新型、高效染料敏化太阳能电池碳对电极    罗艳红;刘喜哲;黄振;孟庆波;

新型固态染料敏化太阳能电池对电极设计及聚吡咯对电极研究    夏江滨;陈玲;

一步法水热合成氧化亚铜对电极及其在染料敏化太阳能电池中的应用    郭霜霜;陈维林;王恩波;

电沉积钌作为染料敏化太阳能电池对电极研究    张三兵;李作鹏;

金属氮化物作为高效染料敏化太阳能电池对电极的研究    崔光磊;徐红霞;张小影;张中一;逄淑平;

低成本对电极的制备及染料敏化太阳能电池研究    陈洪燕;张腾龙;匡代彬;苏成勇;

染料敏化太阳能电池用聚吡咯/织物对电极的制备及性能    许杰;李梅霞;祝立根;徐卫林;柏自奎;

低温制备染料敏化太阳能电池碳对电极    李可心;李冬梅;罗艳红;孟庆波;

染料敏化太阳能电池氮掺杂石墨烯对电极    王桂强;形伟;禚淑萍;

染料敏化太阳能电池新型对电极材料研究    姜奇伟

染料敏化太阳能电池磷化物/碳对电极材料的研究    窦衍叶

染料敏化太阳能电池对电极的制备及其性能研究    朱磊

染料敏化太阳能电池新型对电极材料的制备和研究    宫峰

碳材料对电极在染料敏化太阳能电池中的应用    胡浩

基于异质结和导电聚合物对电极的染料敏化太阳能电池研究    岳根田

染料敏化太阳能电池用聚苯胺电解质及对电极的制备与性能研究    秦琦

染料敏化太阳能电池高性能非铂对电极的构筑    宋健

介观太阳能电池碳对电极研究    刘广辉

染料敏化太阳能电池准固态电解质及碳基对电极研究    张丁文

染料敏化太阳能电池的对电极研究    刘小东

电化学法制备染料敏化太阳能电池中的纳米结构聚苯胺薄膜对电极    图布新

染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备及性能研究    竹怀君

染料敏化太阳能电池微铂对电极的制备与性能    马换梅

染料敏化太阳能电池中低成本对电极的研究    王宇迪

染料敏化太阳能电池对电极材料的合成及性能研究    陶文光

染料敏化太阳能电池对电极材料研究    郭霜霜

染料敏化太阳能电池新型对电极材料的结构可控设计与应用    张楠楠

染料敏化太阳能电池炭对电极的研究    王德龙

无机/导电聚合物纳米复合对电极的制备与性能研究    刘茜茜