染料敏化太陽能電池光陽極制備及其石墨烯復(fù)合改性研究.pdf

1、分類號(hào)——UDC——學(xué)號(hào)武旌程歹大薯學(xué)位論文題目染料敏化太陽能電池光陽極制備及其石墨烯復(fù)合改：睦盟究英文Preprationofdye—sensitizedsolarcellphotoanodeand題目!墜Q亟墼i皇墮照Yg!壘衛(wèi)塾璺望里研究生姓名塹巍指導(dǎo)教師姓名譬職稱訾彳位，j絲單位名稱盍墊壟王盤堂郵編壘三QQ2Q申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別王鱟亟學(xué)科專業(yè)名稱撾盤：堂論文提交日期2Q!蘭生三旦論文答辯日期2013生三旦學(xué)位授予單位盛墊堡王盤堂學(xué)位授

2、予日期答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2013年5月中文摘要太陽能的有效利用是解決目前世界能源危機(jī)與環(huán)境污染問題的關(guān)鍵技術(shù)，太陽能電池是太陽能利用最直接、有效方式，其中染料敏化太陽能電池以其低成本、源材料豐富、穩(wěn)定的性能、生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單、環(huán)境友好無污染且適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)吸引了眾多研究人員的關(guān)注。光陽極薄膜材料是染料敏化太陽能電池核心部分，不但起吸附染料、產(chǎn)生光電子的作用，而且決定著光生電子收集與傳輸效率，從而直接影響到太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。本論文

3、從提高光電子傳輸從而優(yōu)化電池性能出發(fā)，通過復(fù)合修飾石墨烯這一高電導(dǎo)率、高比表面積的二維材料從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。采用Hummer氧化法合成了氧化石墨烯。利用氧化石墨烯在乙二醇中良好的溶解性及醇類在高溫高壓具有的還原性，通過醇熱法合成石墨烯／二氧化鈦復(fù)合材料。基于該復(fù)合材料薄膜電極組裝成的染料敏化太陽能電池顯示了良好的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)復(fù)合比例為075wt％時(shí)短路電流密度(k)為1216mA／cm2，開路電壓(V。)為668mV，填充

4、因子(FF)為0677，光電轉(zhuǎn)換效率(T1)為55％。相對(duì)于純P25材料組裝成的電池來說，短路電流密度提高了141mA／cm2，其光電轉(zhuǎn)換效率提高了近30％，填充因子提高了196％。由EIS、IPCE等表征手段可知由于石墨烯的引入降低了光陽極的內(nèi)在電阻值，有利于光生電子的運(yùn)輸，減小了暗電流，因此光電轉(zhuǎn)換效率得以提高。采用熱分解法在相對(duì)較低的溫度下(4000C)成功合成了石墨烯／二氧化鈦復(fù)合物，通過C2出16Br2這種具有高對(duì)稱性及高碳含

5、量的物質(zhì)為碳源合成石墨烯／二氧化鈦復(fù)合材料，采用XRD、TEM、Ramarl、FTIR、UVvis等表征手段對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)、形貌及光譜吸收進(jìn)行了表征。將該材料應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的光陽極中，當(dāng)復(fù)合含量1wt％時(shí)，染料敏化太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了60％，相對(duì)于純P25作為光陽極的電池提高了30％。EIS曲線進(jìn)一步證明了經(jīng)石墨烯修飾后能夠降低載流子的復(fù)合并提高電子的傳輸速率。研究了染料敏化太陽能電池的工作原理，以及石墨烯的引