碳材料在染料敏化太阳能电池光阳极中的应用研究

【摘要】：染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其远低于硅太阳能电池的制作价格以及简易的制作工艺,已引起科学家的广泛研究。光阳极是DSSC的核心组件之一,它不仅是染料分子的载体,而且也起着分离和传输电子的作用,研究组成与结构优异的光阳极是提高电池性能的重要研究领域之一。碳纳米材料具有独特的结构特点与物理性质,如优良的导电性和比表面积,因而被认为是理想的电极材料。本论文基于提高光阳极电子传输性能的目标,开展了碳材料在光阳极的应用研究,制备了石墨烯/Ti O2和碳纳米管/Ti O2复合光阳极,主要研究内容及结果如下:1.采用改进Hummers法制备出氧化石墨并还原为石墨烯。利用强酸对碳纳米管进行共价键改性。采用二次阳极氧化法制备出可转移型Ti O2纳米管阵列薄膜。通过XRD、FESEM、TEM、FT-IR等测试方法对其结构和形貌进行表征。2.在导电玻璃上涂覆石墨烯层,然后旋涂Ti O2纳米颗粒层制备石墨烯/Ti O2纳米颗粒复合光阳极,使电池的光电转化效率提高了13.6%。3.首次通过掺入石墨烯的Ti O2纳米颗粒浆料粘结Ti O2纳米管薄膜制备光阳极,得出最佳掺入量为0.1wt%,电池效率由4.35%提高到6.29%。4.首次将羧基化的碳纳米管掺入Ti O2纳米颗粒浆料后粘结Ti O2纳米管薄膜制备光阳极,当掺入量为最佳值0.1wt%时,电池效率达到最大值6.77%。本实验制备出的新型复合光阳极结构,为丰富太阳能电池光阳极结构多样性、提高太阳能电池效率提供了一种新的思路。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 TiO2纳米管阵列 光阳极 碳纳米管 石墨烯
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-31
• 1.1 引言17-18
• 1.2 薄膜太阳能电池的分类18-22
• 1.3 DSSCs结构及工作原理22-23
• 1.4 染料电池光阳极研究现状23-26
• 1.5 纳米碳材料的特性及其在染料敏化太阳能电池中的研究26-29
• 1.6 本文的研究意义及内容29-31
• 2 实验材料、设备与表征方法31-35
• 2.1 实验试剂与仪器31-32
• 2.2 材料表征方法32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 TiO_2纳米颗粒/石墨烯复合光阳极制备及光电性能研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 石墨烯的制备35-36
• 3.3 石墨烯的表征36-37
• 3.4 TiO_2纳米颗粒/石墨烯复合光阳极的制备37-38
• 3.5 染料敏化太阳能电池制备38-41
• 3.6 基于TiO_2 NPs/G复合光阳极的染料电池性能研究41-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-石墨烯复合光阳极制备及光电性能研究45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 TiO_2纳米管薄膜的制备46-48
• 4.3 TiO_2纳米管薄膜的表征48-50
• 4.4 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-石墨烯复合光阳极制备50-51
• 4.5 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-石墨烯复合光阳极表征与电池性能研究51-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-碳纳米管复合光阳极制备及光电性能研究56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 碳纳米管的共价键改性56-58
• 5.3 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-碳纳米管复合光阳极制备58-59
• 5.4 TiO_2纳米管/TiO_2纳米颗粒-碳纳米管复合光阳极表征与电池性能研究59-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 结论66-68
• 参考文献68-75
• 作者简历75-77
• 学位论文数据集77

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