染料敏化太阳能电池中光阳极和对电极的研究

作     者：辛冠琼 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张学俊

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：染料敏化太阳能电池 双层TiO2薄膜 致密TiO2薄膜 Pt/C复合对电极 

摘      要：染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,DSSC)主要由染料、纳米多孔膜、电解质和对电极所组成。通过改变各部分的性质，可以提高电池的光电转化效率。传统的光阳极用的单层纳米颗粒TiO，不可避免会有纳米颗粒多孔薄膜空隙大，易于电解质的渗透通过而导致固液界面的电荷复合;而对电极采用纯铂进行催化，纯铂对电解质的催化效果好，但Pt是贵金属，价格昂贵。为了提高电池性能，本论文通过在光阳极上增加致密隔离层、采用新型Pt/石墨对电极材料来优化电池性能，并对光阳极和对电极的结构及性质进行了表征，最后构建成电池，考察了不同结构光阳极和对电极对电池性能的影响。主要内容如下： 1.采用溶胶凝胶法结合粉末涂敷法和提拉法，制备了TiO多孔薄膜、TiO致密薄膜及多孔膜和致密膜结合构成的TiO双层薄膜，通过XRD、SEM、紫外可见吸收光谱、循环伏安法对薄膜的物理、化学性质进行了研究。 2.用乙二醇还原法将含量为1.5%，3%，5%，7%的铂负载于石墨上，制备了用于DSSC的Pt/石墨复合对电极，用循环伏安法、XRD、SEM对对电极的结构进行了考察，表征了铂纳米粒子在石墨上的负载及其形貌。 3.考察了不同染料在TiO双层薄膜表面的吸附情况。组装电池，运用电化学工作站、太阳光模拟器，考察了Pt/石墨复合对电极中铂的负载量以及光阳极的致密薄膜对DSSC光电性能的影响。结果表明：光阳极致密薄膜能够有效抑制电荷复合，提高电池光电压，光电转化率比未加致密层的电池高出21.6%;Pt/C对电极在Pt含量仅为3%时电池的转化率与纯铂有相近的光电转化率，Pt含量为5%时达到最高，从而达到节省单位面积Pt的用量同时也不降低催化能力的目的;以双层薄膜为光阳极，Pt5/C为对电极，分别来取代单层多孔薄膜光阳极和石墨对电极，三种染料APC、PPC和QPC的光电转化率比分别增加了169%，174%和148%。