染料敏化太阳能电池的对电极研究

【摘要】： 染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)是一种新型光电化学太阳能电池,自从1991问世以来,就因为其制作工艺简单、成本低和性能稳定,并且对环境良性等优点而受到了众多研究工作者的极大兴趣,具有很好应用前景,在太阳能电池研究上具有重要意义。对电极作为DSSC的一个重要组成部分,逐渐引起人们越来越多的关注。Pt由于其优良的催化效果和稳定性,是目前最广泛采用的一种对电极,但是Pt的价格比较昂贵,因此不利于DSSC的产业化。本文采用电化学方法制备了DSSC的Pt和Pt-Ru对电极,优化了制备工艺,并研究了其电化学性能。 采用电沉积法来制备DSSC的Pt对电极的电解液配制工艺条件为:H2PtCl6浓度为1.931×10-3 mol/L的溶液100 ml,加入0.5 g (NH4)2HPO4固体和1.5 g Na2HPO4固体作为络合剂。通过采用AFM(Atom Force Microscope)和CV(Cyclic Voltammetry)等测试,检测不同条件制备的Pt对电极表面结构和电化学性能。得出结论:不同电流密度进行电沉积,所得到的Pt对电极会因为Pt的沉积量不同具有不同的表面结构,影响其电化学性能。相同Pt量时,不同电沉积电流密度得到的Pt对电极也具有不同的表面结构,电化学性能也有所区别。当电沉积时间为90 s,电流密度为15 mA/cm2时,沉积出来的Pt的量为3.733×10-4 g/cm2,Pt对电极表面颗粒形态均匀,具有良好的电化学性能。 利用电沉积制备Pt对电极的方法,配制不同Pt-Ru原子比的H2PtCl6和RuCl3混合电解液,电沉积制备Pt-Ru合金对电极。采用EDS(Energy Dispersive Spectrum)、SEM(Scanning Electron Microscope)和CV等测试手段,研究了Pt-Ru混合电解液中Pt-Ru原子比和Pt-Ru合金对电极中合金的组成对电极的电化学性质的影响。当Pt-Ru混合电解液中Pt-Ru原子比为1:0.918,对电极表面Pt-Ru原子比为1:0.15时,对电极电化学性能最佳。 通过将Pt对电极和Pt-Ru合金对电极对比,我们发现Pt-Ru合金对电极的电化学性能并没有明显的变化,合金对电极的使用减少了大约13 %的Pt量。Pt-Ru合金对电极的氧还原峰减小,有效地防止了Pt的CO基团中毒,从而达到改善Pt对电极的催化活性,并且降低DSSC成本。 【关键词】：DSSC 对电极 Pt Pt-Ru合金 电化学性能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-23
• 1.1 引言8-14
• 1.1.1 硅太阳能电池8
• 1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池8-9
• 1.1.3 有机物太阳能电池9
• 1.1.4 染料敏化纳米晶太阳能电池9-14
• 1.2 DSSC的结构与工作原理14-15
• 1.3 各种DSSC对电极15-21
• 1.3.1 Pt对电极16-19
• 1.3.2 非Pt对电极19-21
• 1.4 本课题研究背景及意义21-23
• 第二章 实验部分23-29
• 2.1 实验药品和仪器23-24
• 2.2 ITO导电玻璃清洗24
• 2.3 ITO导电玻璃电沉积Pt工艺24-25
• 2.4 ITO导电玻璃电沉积Pt-Ru合金工艺25
• 2.5 电沉积法制备Pt-Ni对电极工艺25
• 2.6 提拉膜法制备碳/ITO导电玻璃对电极工艺25-26
• 2.7 Pt对电极的回收工艺26
• 2.8 对电极的性能表征26-29
• 2.8.1 对电极的物理化学性能表征26-27
• 2.8.2 对电极的电化学性能表征27-29
• 第三章 电沉积法制备Pt对电极的研究29-40
• 3.1 电沉积法制备Pt对电极的工艺条件29-38
• 3.1.1 电沉积时间29-30
• 3.1.2 电沉积温度30-32
• 3.1.3 电解液中H_2PtCl_6的浓度32
• 3.1.4 电流密度32-38
• 3.2 镀Pt对电极与光滑Pt对电极的性能比较38-40
• 第四章 电沉积法制备Pt-Ru合金对电极的研究40-56
• 4.1 Pt-Ru合金对电极制备条件的研究40-41
• 4.2 不同Pt-Ru原子比的电解液制备Pt-Ru合金对电极41-55
• 4.2.1 EDS测试41-46
• 4.2.2 SEM测试46-47
• 4.2.3 CV法测试47-52
• 4.2.4 对电极/电解液界面间的电荷迁移动力学52-55
• 4.3 最佳Pt-Ru合金对电极与最佳镀Pt对电极比较55-56
• 第五章 非Pt对电极的研究56-59
• 5.1 Pt-Ni对电极56-57
• 5.1.1 Pt-Ni对电极的表面结构56
• 5.1.2 Pt-Ni对电极的电化学特性56-57
• 5.2 碳/ITO导电玻璃对电极57-59
• 5.2.1 碳/ITO导电玻璃对电极的表面结构57-58
• 5.2.2 碳/ITO导电玻璃对电极的电化学特性58-59
• 第六章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 发表论文和科研情况说明67-68
• 致谢68

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