太陽電池制氫的電極材料和器件結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、太陽電池光電化學(xué)制氫具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，是具有發(fā)展?jié)摿Φ闹茪浼夹g(shù)。本論文設(shè)計(jì)了玻璃襯底非晶硅太陽電池的制氫器件，并系統(tǒng)研究了該器件結(jié)構(gòu)、材料特性等對制氫效率的影響；采用對靶直流磁控濺射技術(shù)制備催化電極材料；自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的氫氣收集與制氫量測量裝置。 本論文主要完成了以下幾方面的研究工作： 1、對催化電極材料進(jìn)行了研究。對氧化物析氧陽極的研究發(fā)現(xiàn)，隨著濺射氣壓的增加(0.5Pa～4.0Pa)，鎳鐵氧化

2、物的電阻率和析氧過電位先減小后增大；隨著氧氣濃度增大，析氧過電位增大，電阻率減小；鎳鐵氧化物相對于氧化鎳，電阻率和析氧過電位明顯減小，而且電流密度較大時(shí)鐵含量越大，析氧過電位越小。薄膜厚度小于1μm時(shí)，厚度增加，析氧過電位減??；當(dāng)薄膜厚度達(dá)到1μm時(shí)，析氧過電位不再隨厚度變化。溶液溫度越高，析氧過電位越小。溶液濃度越大，析氧過電位越小，但腐蝕也更加嚴(yán)重。在常溫下，制備的陽極催化薄膜在電阻率較小時(shí)的析氧過電位最小值是286.98mV(10

3、mA/cm<'2>)。研究了溶液濃度對析氫過電位的影響，溶液濃度越大，析氫過電位越小，但析氫平衡電極電位增大，電極腐蝕也非常嚴(yán)重。 2、對太陽電池制氫的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。用銀漿粘結(jié)催化電極的結(jié)構(gòu)，抗腐蝕較好，但串聯(lián)電阻較大，而且不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化制造。催化電極直接濺射到太陽電池兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，能較好的實(shí)現(xiàn)制氫，但是器件工作一段時(shí)間后，催化電極出現(xiàn)腐蝕脫落的現(xiàn)象。在對新結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究中，我們發(fā)現(xiàn)，研究新器件結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是制備出非

4、常致密、對電池和催化電極附著力較強(qiáng)且不與堿性電解液反應(yīng)的導(dǎo)電薄膜，作為電池與催化電極之間的過渡層和保護(hù)層。 3、設(shè)計(jì)了三種制氫效率的測量方法，自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的氫氣收集與制氫量測量裝置。研究結(jié)果表明，系統(tǒng)工作點(diǎn)確定制氫效率的方法是最簡單的，只需要測得太陽電池的J-V特性曲線和電化學(xué)負(fù)載曲線，但是用未濺射催化電極之前的J．V特性曲線得到的制氫效率比實(shí)際值偏大一些；直接測電流法確定制氫效率是最直接的方法，因?yàn)槟軌蛑苯訙y出器