染料敏化太陽能電池新型對電極材料研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)作為一種新型的化學太陽能電池,由于其低成本的優(yōu)勢,已經成為傳統(tǒng)的硅基太陽能電池的替代選擇之一,并成為近年來的研究重點。貴金屬鉑具有優(yōu)良的電催化活性、良好的導電能力和化學穩(wěn)定性,因此,在目前的染料敏化太陽能電池中,對電極材料一直采用貴金屬鉑。鑒于鉑的資源儲量有限,價格不斷上漲,所以探索非鉑、廉價且具有高催化活性的對電極對發(fā)展染料敏化太陽能電池具有重要意義。本文制備了幾種廉價的對電極材料,研究了不同對電極材料在

2、染料敏化太陽能電池體系中對電解質中的I3-/I-的電催化性能。主要研究工作包括如下內容：
　　 ⑴染料敏化太陽能電池的氮化鈦對電極材料。采用陽極氧化金屬鈦片制備的二氧化鈦納米管陣列,再通過氮化處理直接得到了高度有序的氮化鈦納米管陣列,并首次將其作為染料敏化太陽能電池的對電極進行研究。重點研究了氮化鈦電極材料在染料敏化太陽能電池體系中對電解質溶液中的I3-/I-的電催化性能,并通過電化學和光電性能測試,分析了影響對電極的電催化活性

3、的相關因素。研究顯示,TiN納米管陣列電極有較大的表面積、良好的導電性和電催化活性,用TiN納米管陣列做對電極時,在對電極/電解質界面具有較小的電荷轉移電阻和歐姆內阻,可使碘離子有良好的擴散通道,因此可獲得與用FTO/Pt對電極時相當的光電轉化效率。該研究結果為高電催化性能和低成本的對電極材料的研究探索了一個新的發(fā)展方向。
　　 ⑵染料敏化太陽能電池的表面氮化鎳對電極材料。本工作研究了表面氮化的金屬鎳片以及鎳顆粒多孔膜的電催化性

4、能。研究顯示,金屬鎳在氨氣中煅燒后,在表面會形成一層很薄的鎳氮化合物,而其體相仍然保持穩(wěn)定的金屬鎳結構。其中,表層的鎳氮化合物對電催化性能有利,體相的金屬鎳對導電性有利。由于具有這樣的雙重功能結構,表面氮化的鎳片和鎳顆粒膜呈現(xiàn)出良好的電催化活性和導電性。相應的,將其用作染料敏化太陽能電池的對電極時可獲得與FTO/Pt對電極時相當的光電轉化效率。因此,表面氮化鎳對電極材料可作為非鉑、廉價的新型電極材料,并有望在將來應用于染料敏化太陽能電池

5、。
　　 ⑶染料敏化太陽能電池的介孔碳對電極材料。通過在氬氣中高溫碳化天然竹子和橡木制備了高度有序的介孔碳陣列。由于天然木材有緊密相連的骨架、取向相同的微米管束、均勻的材質,因此所制備的介孔碳有高度有序的微米管陣列結構、較寬的介孔孔徑、較大的比面積、良好的電催化活性和導電性。采用橡木介孔碳陣列作為染料敏化太陽能電池的對電極,可獲得與FTO/Pt對電極相媲美的光電化學性能。此外,用天然木材材料作為前驅體為廉價介孔碳陣列的大規(guī)模生產