金屬硫化物及其碳修飾在染料敏化太陽能電池對(duì)電極中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池以其廉價(jià)的成本，簡單的制備工藝和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。對(duì)電極作為染料敏化太陽能電池的一個(gè)重要組成部分，其成本和性能直接影響著電池的制備成本和光伏性能。常用的對(duì)電極材料為貴金屬鉑。鉑電極催化活性高，導(dǎo)電能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，但鉑儲(chǔ)量有限且價(jià)格昂貴，不利于染料敏化太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，探索非鉑、高效的對(duì)電極材料對(duì)染料敏化太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。本文的主要工作是制備幾種高效的

2、非鉑對(duì)電極材料，并研究其在染料敏化太陽能電池體系中的電催化性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出一種無模板劑可控合成不同相鎳硫化合物的方法，并系統(tǒng)考察這些鎳硫化合物作為對(duì)電極催化劑在染料敏化太陽能電池體系中的電化學(xué)性能。通過改變反應(yīng)物中鎳元素與硫元素的摩爾比，實(shí)現(xiàn)了NiS和NiS2空心球的控制合成。由BET比表面積測試可定量得到NiS和NiS2空心球的比表面積。結(jié)果顯示，NiS2的比表面積比NiS的比表面積大近一倍。電化學(xué)分析表

3、明，與NiS電極相比，NiS2電極的電催化活性更高，傳荷電阻更低，電解液中I3-離子在其表面的擴(kuò)散阻抗更小。最終，采用NiS2對(duì)電極的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率為7.13％，明顯高于基于NiS對(duì)電極的電池效率(6.49％)。
　　(2)采用溶劑熱法制備空心球狀的NiS/NiS2復(fù)合對(duì)電極材料。電化學(xué)分析表明，NiS/NiS2電極在含有I3-/I-氧化還原對(duì)的電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能，可以快速的將I3-還原為I-?；贜

4、iS/NiS2對(duì)電極的染料敏化太陽能電池獲得了7.66％的光電轉(zhuǎn)化效率，超過基于貴金屬鉑電極的電池效率(7.01％)。
　　(3)針對(duì)NiS納米顆粒易團(tuán)聚，發(fā)展了一種經(jīng)石墨烯(RGO）修飾的NiS/RGO復(fù)合材料。RGO的引入一方面使NiS納米顆粒分散生長在其表面，有效避免顆粒團(tuán)聚。另一方面，RGO發(fā)達(dá)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)能為電子的傳輸提供快捷通道，有效減小納米顆粒晶界帶來的不良影響。此外，二維結(jié)構(gòu)的RGO擁有較大的比表面積，利于增加催化活

5、性位置。NiS/RGO復(fù)合材料電極因充分利用NiS的高催化活性與RGO高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)而表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。最終，NiS/RGO復(fù)合材料對(duì)電極的染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率為7.67％，高于NiS(6.25％)和RGO(2.92％)單獨(dú)使用時(shí)的電池效率。
　　(4)針對(duì)Bi2S3納米顆粒易團(tuán)聚，導(dǎo)電性不強(qiáng)等問題，構(gòu)建以Bi2S3納米顆粒和無定形碳為組元的Bi2S3-C立體結(jié)構(gòu)，并研究其作為對(duì)電極材料在染料敏化太陽能電池體系中的

6、電催化性能。由于Bi2S3納米顆粒堆砌，存在大量晶界致使電子在其表面?zhèn)鬏斒芟?。無定形碳的引入，可修飾Bi2S3納米顆粒結(jié)構(gòu)上的不足，碳作為“電橋”連接Bi2S3納米顆粒形成立體微球，為電子的傳輸提供了便利的通道。此外，相比于Bi2S3納米顆粒，Bi2S3-C立體微球具有相互連通的孔結(jié)構(gòu)，這更利于電解液中離子的擴(kuò)散。EIS實(shí)驗(yàn)證實(shí)，離子在Bi2S3-C微球表面的擴(kuò)散阻抗小于在Bi2S3納米顆粒表面的擴(kuò)散阻抗。優(yōu)化碳含量后，基于Bi2S3-