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文檔簡介
1、染料敏化太陽能電池因其優(yōu)異性而備受關注。對電極作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分,其主要作用是催化I3-的還原。本文采用一步水熱法制備了三維氮摻雜、硫摻雜石墨烯材料,并研究其作為對電極在染料敏化太陽電池中的應用。我們改變水熱反應的前驅體類別、前驅體濃度、反應時間和反應溫度制備樣品,并使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射分析、N2的等溫吸脫附測試、X射線光電子能譜等表征手段對制備的氮摻雜石墨烯材料(NG)、硫摻雜石墨烯(SG)
2、材料進行了表征。并進一步借助電化學表征證明三維氮摻雜石墨烯和硫摻雜石墨烯對 I3-還原具有良好的催化活性。利用摻雜石墨烯材料制備對電極,并結合C106染料構建染料敏化太陽電池,研究其器件性能。研究表明,SG器件效率可高達7.19%。取得主要結論如下:
?。?)我們利用氧化石墨烯(GO)和氮源通過一步水熱法合成了三維NG材料,研究了氮源的種類、濃度、水熱反應時間和反應溫度對 NG材料的形貌和電化學性能的影響。當使用乙酸銨作為氮源時
3、,其濃度較小時 NG材料具有比表面積較大的三維形貌,隨著濃度的繼續(xù)增加,石墨烯團聚嚴重,比表面積明顯減小。研究表明,NG材料均表現(xiàn)出比還原氧化石墨烯(RGO)更高的催化活性,特別是對于采用3mM乙酸銨作為氮源,在180℃下水熱反應12h制備的NG材料具有最佳的三維形貌,催化I3-還原為I-的能力最高,其催化能力與Pt相近。這是由于嵌入石墨烯晶格中的氮原子的孤對電子給予NG材料額外的電催化活性,并且NG材料的三維結構使比表面積增大,電解質
4、能夠快速擴散至活性位點,催化I3-的還原。器件研究中,在AM1.5G100mWcm-2模擬太陽光輻照條件下,使用NG對電極的器件的短路電流密度(Jsc)、開路電壓(Voc)、填充因子(FF)、功率轉換效率(PCE)依次為15.53mAcm-2,0.68V,0.61,6.47%。實驗表明NG器件效率遠遠高于RGO的器件效率(4.08%),與Pt器件的效率(7.57%)相近。
?。?)我們利用GO和硫源通過一步水熱法合成了三維多孔S
5、G材料,研究了硫源的種類、濃度、水熱反應時間和反應溫度對SG材料的形貌和電化學性能的影響。其中采用3.2mM3-巰基丙酸作為硫源時三維網狀結構形貌達到最佳,用掃描電子顯微鏡能清晰的看到大孔和介孔結構。當3-巰基丙酸濃度小于3.2mM,隨著濃度的增加,SG材料從片狀結構變成網狀結構;當3-巰基丙酸濃度大于3.2mM,隨著濃度的增加,SG材料從網狀結構變成團聚狀。研究表明,SG材料均表現(xiàn)出比還原氧化石墨烯(RGO)更高的催化活性,特別是當采
6、用3.2mM3-巰基丙酸作為硫源,在180℃水熱反應12h制備的SG材料具有最佳的三維形貌,其催化I3-還原的能力比 Pt更高。這是由于嵌入石墨烯晶格中的硫原子的孤對電子給予 SG材料額外的電催化活性,并且三維多孔結構可以增大材料的比表面積,有利于電解質快速擴散到SG的活性位點。器件研究中,在AM1.5G100mWcm-2模擬太陽光輻照條件下,SG器件的Jsc、Voc、FF、PCE依次為15.95mAcm-2,0.69V,0.65,7.
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