CNT@C-TiO_2复合物制备及其在染料敏化太阳能电池中应用

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSC)因其较高的光电转化效率、简单的制备工艺及低的制造成本等特点,受到国内外科研工作者的广泛关注。一维碳纳米管(CNTs)由于电导率高、比表面积大和电荷传输速率快等优点,使其在电化学包括在DSC电极材料领域成为“明星”材料。 本文以钛酸异丙酯为钛源,采用水热法制备了CNT@C-TiO2复合物。结合场发射扫描电子显微镜、X射线衍射技术、氮吸附脱附技术和紫外可见吸收光谱技术手段,研究了CNT@C-TiO2的形貌、结构和晶型特征。分别研究了由纳米结构CNT@C-TiO2复合物光阳极和对电极所组成的染料敏化太阳能电池的光电转化效率。考察了CNTs含量对CNT@C-TiO2复合物光阳极电化学性能的影响。结果表明： 相比于商业的TiO2(P25)光阳极,CNT@C-TiO2纳米颗粒复合物光阳极,CNTs的引入增大了DSC的短路电流密度,但开路电压略有下降。当CNTs质量含量为0.2%时,DSC性能最佳,此时CNT@C-TiO2复合材料中CNTs含量为最适添加量,光阳极复合膜中载流子的分离速率远大于复合速率,染料敏化太阳能电池的光电流密度明显增大,从3.01mA·cm-2提高到6.56mA·cm-2。电池光电转化效率提高了29%。 以钛酸异丙酯为钛源,两步水热法制备出不同CNTs含量的CNT@C-TiO2纳米管(CNT@C-TiO2NT)复合物,以CNT@C-TiO2NT复合物为光阳极材料,对其进行染料敏化太阳能电池的光电性能测试,测试结果表明：相比于纯TiO2光阳极,复合物电极电池开路电压提高了0.62V,短路电流略有提升。当CNTs质量含量为0.2%时,电池光电转换效率最佳,电池能量转换效率提高了14.6%。 增加CNTs的含量,将CNT@C-TiO2NT复合物作为对电极催化材料应用于DSC。通过电化学阻抗、循环伏安和塔菲尔极化曲线实验对催化材料进行了氧化还原电对(I3-/I-)催化机理研究。结果表明：CNT@C-TiO2NT复合物对I3-/I-具有催化活性,当CNTs含量为75%时,CNT@C-TiO2NT复合物表现出比Pt高的催化活性,电池光电转化效率提高了4.7%。 【关键词】：CNTs CNT@C-TiO_2复合物 染料敏化太阳能电池 电极材料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;O631.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 文献综述9-24
• 1.1 太阳能电池发展概况9-11
• 1.1.1 硅系太阳能电池10
• 1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池10-11
• 1.1.3 聚合物太阳能电池11
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池11
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理11-15
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的组成结构11-14
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理14-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池光电性能评价参数15-17
• 1.3.1 光电流密度-电压曲线16-17
• 1.3.2 评价参数17
• 1.4 碳纳米管在染料敏化太阳能电池中应用17-22
• 1.4.1 碳纳米管在DSC光阳极中应用17-21
• 1.4.2 碳纳米管在DSC对电极中应用21-22
• 1.5 本文工作思路及主要内容22-24
• 2 实验部分24-30
• 2.1 药品及原料24-25
• 2.2 电极制备工艺25
• 2.2.1 FTO导电玻璃的清洗25
• 2.2.2 光阳极的制备25
• 2.2.3 对电极的制备25
• 2.3 电池的组装25-26
• 2.3.1 敏化过程25-26
• 2.3.2 电池封装26
• 2.4 材料表征26-27
• 2.5 电化学表征27-30
• 3 CNT@C-TiO_2复合物在DSC光阳极中应用30-44
• 3.1 CNT@C-TiO_2纳米颗粒复合物的制备30-36
• 3.1.1 实验部分30-31
• 3.1.2 CNT@C-TiO_2复合物的表征测试31-35
• 3.1.3 CNT@C-TiO_2复合物光电性能测试35-36
• 3.2 两步水热法合成CNT@C-TiO_2纳米管复合物36-42
• 3.2.1 实验部分36-37
• 3.2.2 CNT@C-TiO_2NT复合物的表征37-41
• 3.2.3 CNT@C-TiO_2NT复合物的光电性能测试41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 CNT@C-TiO_2NT复合物在DSC对电极中应用44-56
• 4.1 CNT@C-TiO_2NT复合物的制备44
• 4.2 CNT@C-TiO_2NT复合物的表征测试44-47
• 4.3 CNT@C-TiO_2NT复合物电化学性能测试47-54
• 4.4 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64

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