硫化物合成及其在染敏太阳能电池中的应用

【摘要】：对电极作为染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSC)个重要组成部分之一,最常使用的催化材料是贵金属Pt。但由于Pt价格昂贵,并且易被碘电解液腐蚀,所以极大限制了基于Pt作为对电极的DSC商业化进程。为了降低DSC的制作成本以及提高其稳定性,研究并开发低成本、高效的DSC对电极非铂类催化材料就显得至关重要。 近年来,硫化物材料因资源丰富、安全、环境友好、化学性质稳定等优点而被广泛应用于石油产品的催化、润滑材料和耐高温材料等领域,但将硫化物用于DSC对电极材料的文献鲜有报道。本文合成几种不同的硫化物,将其与不同碳材料掺杂形成复合材料,并将硫化物及复合材料分别用作DSC对电极材料,组装电池,测试其光电性能,得到如下结论： 首先,通过改进合成方法获得形貌可控的ZnS和MoS2粒子,分别以这两种材料制作DSC的对电极。以ZnS为对电极催化材料的DSC效率为1.40%,以MoS2为对电极催化材料的DSC效率达到6.44%。 其次,对ZnS和MoS2两种硫化物分别进行不同质量比的碳掺杂,得到复合材料。碳材料包括活性碳(Ca)、导电碳粉(Cc)和碳纳米管(CNTs)。其中以Ca、 Cc和CNTs掺杂ZnS作为对电极材料的DSC效率分别为3.30%、5.33%和4.82%,以Ca、Cc和CNTs掺杂MoS2作为对电极材料的DSC效率分别为6.84%、4.96%和7.29%。由此可见,加入具有良好导电性和抗腐蚀性的活性碳、导电碳粉和碳纳米管后,较好地改善了硫化物材料对催化传统氧化还原电对(I3-/I-)循环反应的催化性能。 最后,通过塔菲尔极化曲线(Tafel)、循环伏安(C-V)和电化学阻抗(EIS)实验进行了硫化物材料及复合材料对I3-/I-电对的催化机理研究。发现ZnS和MoS2以及其碳掺杂复合材料在对传统氧化还原电对(I3-/I-)的还原反应中均表现出较高的催化性能。 综上所述,本论文合成了两种硫化物催化材料,并将其与不同碳材料掺杂形成复合材料。将硫化物及复合材料分别用于DSC对电极材料,获得了较高的能量转化效率,同时也降低了DSC电池的制作成本。 【关键词】：太阳能 DSC 对电极 硫化物 碳材料
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 引言10-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 太阳能11-13
• 1.1.1 太阳辐射能量计量11-12
• 1.1.2 太阳辐射能量分布12
• 1.1.3 太阳能的利用12-13
• 1.2 太阳能电池13-16
• 1.2.1 太阳能电池的发展现状13-14
• 1.2.2 太阳能电池的分类14-16
• 第2章 染料敏化太阳能电池16-34
• 2.1 染料敏化太阳能电池简介16
• 2.2 染料敏化太阳能电池基本结构与工作原理16-19
• 2.2.1 基本结构16-17
• 2.2.2 工作原理17-19
• 2.3 染料敏化太阳能电池研究进展19-30
• 2.3.1 导电基底材料20
• 2.3.2 纳米晶半导体薄膜20-22
• 2.3.3 光敏剂22-25
• 2.3.4 电解质体系25-27
• 2.3.5 对电极27-30
• 2.4 染料敏化太阳能电池的性能指标30-32
• 2.4.1 光电流密度-光电压曲线(J-V)30-31
• 2.4.5 单色光光电转换效率(IPCE)31-32
• 2.5 选题意义32-34
• 第3章 纳米硫化锌的制备及其应用研究34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-38
• 3.2.1 使用仪器、试剂药品和材料34-35
• 3.2.2 电极制作35-36
• 3.2.3 性能测试与表征36-37
• 3.2.4 纳米硫化锌的制备37-38
• 3.3 结果与讨论38-47
• 3.3.1 纳米硫化锌的材料表征38-39
• 3.3.2 纳米硫化锌在DSC中的应用39-42
• 3.3.3 纳米硫化锌对电极的表征42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 硫化钼的制备及其应用研究48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48
• 4.2.1 电极制备48
• 4.2.2 硫化钼材料的制备48
• 4.3 结果与讨论48-56
• 4.3.1 硫化钼的材料表征48-49
• 4.3.2 硫化钼材料在DSC中的应用49-52
• 4.3.3 硫化钼对电极的表征52-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 研究生履历65

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