金屬硫化物及其碳修飾在染料敏化太陽能電池對電極中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池以其廉價的成本，簡單的制備工藝和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，受到了學術(shù)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。對電極作為染料敏化太陽能電池的一個重要組成部分，其成本和性能直接影響著電池的制備成本和光伏性能。常用的對電極材料為貴金屬鉑。鉑電極催化活性高，導電能力強，化學穩(wěn)定性好，但鉑儲量有限且價格昂貴，不利于染料敏化太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，探索非鉑、高效的對電極材料對染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。本文的主要工作是制備幾種高效的

2、非鉑對電極材料，并研究其在染料敏化太陽能電池體系中的電催化性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出一種無模板劑可控合成不同相鎳硫化合物的方法，并系統(tǒng)考察這些鎳硫化合物作為對電極催化劑在染料敏化太陽能電池體系中的電化學性能。通過改變反應(yīng)物中鎳元素與硫元素的摩爾比，實現(xiàn)了NiS和NiS2空心球的控制合成。由BET比表面積測試可定量得到NiS和NiS2空心球的比表面積。結(jié)果顯示，NiS2的比表面積比NiS的比表面積大近一倍。電化學分析表

3、明，與NiS電極相比，NiS2電極的電催化活性更高，傳荷電阻更低，電解液中I3-離子在其表面的擴散阻抗更小。最終，采用NiS2對電極的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率為7.13％，明顯高于基于NiS對電極的電池效率(6.49％)。
　　(2)采用溶劑熱法制備空心球狀的NiS/NiS2復合對電極材料。電化學分析表明，NiS/NiS2電極在含有I3-/I-氧化還原對的電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能，可以快速的將I3-還原為I-?；贜

4、iS/NiS2對電極的染料敏化太陽能電池獲得了7.66％的光電轉(zhuǎn)化效率，超過基于貴金屬鉑電極的電池效率(7.01％)。
　　(3)針對NiS納米顆粒易團聚，發(fā)展了一種經(jīng)石墨烯(RGO）修飾的NiS/RGO復合材料。RGO的引入一方面使NiS納米顆粒分散生長在其表面，有效避免顆粒團聚。另一方面，RGO發(fā)達的導電網(wǎng)絡(luò)能為電子的傳輸提供快捷通道，有效減小納米顆粒晶界帶來的不良影響。此外，二維結(jié)構(gòu)的RGO擁有較大的比表面積，利于增加催化活

5、性位置。NiS/RGO復合材料電極因充分利用NiS的高催化活性與RGO高效的導電網(wǎng)絡(luò)而表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。最終，NiS/RGO復合材料對電極的染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率為7.67％，高于NiS(6.25％)和RGO(2.92％)單獨使用時的電池效率。
　　(4)針對Bi2S3納米顆粒易團聚，導電性不強等問題，構(gòu)建以Bi2S3納米顆粒和無定形碳為組元的Bi2S3-C立體結(jié)構(gòu)，并研究其作為對電極材料在染料敏化太陽能電池體系中的

6、電催化性能。由于Bi2S3納米顆粒堆砌，存在大量晶界致使電子在其表面?zhèn)鬏斒芟蕖o定形碳的引入，可修飾Bi2S3納米顆粒結(jié)構(gòu)上的不足，碳作為“電橋”連接Bi2S3納米顆粒形成立體微球，為電子的傳輸提供了便利的通道。此外，相比于Bi2S3納米顆粒，Bi2S3-C立體微球具有相互連通的孔結(jié)構(gòu)，這更利于電解液中離子的擴散。EIS實驗證實，離子在Bi2S3-C微球表面的擴散阻抗小于在Bi2S3納米顆粒表面的擴散阻抗。優(yōu)化碳含量后，基于Bi2S3-