應(yīng)用于 ZnO 基染料敏化太陽(yáng)能電池的催化材料的合成及表征.pdf

1、具有原料來(lái)源豐富，無(wú)污染，制作成本較低，工藝簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)化效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)的染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）結(jié)構(gòu)主要由光陽(yáng)極，染料，電解質(zhì)，對(duì)電極四部分組成。其中，半導(dǎo)體材料TiO2和ZnO常被用作光陽(yáng)極材料，貴金屬Pt常被用作對(duì)電極催化材料。
　　首先，ZnO作為非常重要的光陽(yáng)極材料，不僅具有TiO2相似的禁帶寬度，同時(shí)還具有形貌豐富，合成條件簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是 ZnO基染敏電池光電轉(zhuǎn)化效率目前尚不如人意。ZnO的形貌與其性能有著直

2、接的關(guān)系，不同結(jié)構(gòu)ZnO顯示出不同特性，如顆粒較小的納米顆粒（NPs）具有相對(duì)較大的比表面積；納米棒（NRs）和納米片（NSs）具有相對(duì)優(yōu)良的電子傳輸性能；微米級(jí)的多級(jí)結(jié)構(gòu)一般具有相對(duì)優(yōu)良的光散射性能，其中納米片基多級(jí)結(jié)構(gòu)（NSHS）在光散射方面性能優(yōu)良。本文根據(jù)ZnO各種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，制備了性能穩(wěn)定的納米顆粒/納米球/納米棒（NP/NSHS/NR）復(fù)合多級(jí)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極膜，在多級(jí)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極中，納米片基多級(jí)結(jié)構(gòu)（NSHS）作為背光層，納米

3、顆粒（NPs）作為基底層，納米棒（NRs）和納米顆粒（NPs）起到連接NSHS層與FTO導(dǎo)電玻璃之間的作用。該復(fù)合光陽(yáng)極具有相對(duì)優(yōu)良的電子傳輸能力，并且可以降低在導(dǎo)電界面處的激發(fā)電子復(fù)合。
　　其次，由于染料敏化太陽(yáng)能電池電解液中的碘離子對(duì)貴金屬 Pt具有腐蝕作用，影響電池性能穩(wěn)定，因此非常有必要研究催化性能穩(wěn)定的其他催化材料代替貴金屬Pt，開(kāi)發(fā)低成本、高效、儲(chǔ)量豐富、耐腐蝕的催化材料。本文利用簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠法，成功制備出還原性

4、黑色 TiO2-X，并將其作為對(duì)電極材料用于 ZnO基 DSSCs，表現(xiàn)出穩(wěn)定的催化性能。繼而針對(duì)黑色 TiO2-X電子傳輸性能差的缺點(diǎn)，利用電子傳輸性能優(yōu)異的碳納米管（CNT）與之復(fù)合，使電極材料性能顯著提高，并表現(xiàn)出很高的催化性能，電池效率可達(dá)5.71％，接近 Pt對(duì)電極對(duì)應(yīng)電池效率。
　　最后，本文還系統(tǒng)研究了Cu2XSnS4（X2+=Mn2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Ni2+，Zn2+， Cd2+）系列半導(dǎo)體材料的染料敏化太陽(yáng)

5、能電池對(duì)電極性能。首先利用簡(jiǎn)單的溶劑熱法合成了不同形貌的Cu2ZnSnS4納米材料作為對(duì)電極材料用于DSSC，系統(tǒng)探究了材料形貌與其催化性能之間的關(guān)系。之后，利用相似的方法，通過(guò)改變前軀體中離子的種類，合成了一系列與 Cu2ZnSnS4結(jié)構(gòu)相似的催化材料 Cu2XSnS4（X2+=Mn2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Ni2+，Zn2+，Cd2+），并用于DSSC，系統(tǒng)研究了材料的元素組成與其催化性能之間的關(guān)系，值得一提的是，本文首次將Cu2X