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染料敏化太阳能电池微铂对电极的制备与性能-化学工程专业论文
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摘 要
染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell,DSSC)作为能源领域的一 种新型电池,具有理论转化效率高、工艺简单、成本低、原料环保等一系列优点, 逐渐成为全世界范围内的研究热点。对电极是 DSSC 的重要组成部分,近些年人 们对其的关注逐渐深入。由于 Pt 对 I-/I3-氧化还原反应具有高催化活性和较低的 超电势,成为广泛使用的一种 DSSC 对电极材料。铂作为一种贵金属材料,其高 成本限制了 DSSC 的大面积生产和使用。因此人们试图通过改变制备方法和基体 材料,或者合成新型材料来获得高效率、低成本的 DSSC 对电极。
本文采用电化学沉积法制备了 Pt/ITO 对电极和 Pt-Ru/ITO 合金对电极。通过 优化工艺条件,在 ITO 导电玻璃上制得催化活性较高的纳米颗粒状催化剂;利
用各种表征手段,研究制备工艺对电极表面形貌和电化学性能的影响,并测试组 装的单体 DSSC 的光电性能。结果表明,当选择合适的温度、电沉积时间、电流 密度以及镀液中的 Pt/Ru 摩尔比时,所制备电极表面的催化剂颗粒分布均匀,粒
径大小适中;其电化学催化活性比纯铂片高,且性能相比电沉积 Pt/ITO 电极更 稳定。
采用化学沉积法在 ITO 基体上沉积 Ni-P 合金膜,然后在 NiP 膜上电沉积铂
纳米颗粒,得到 Pt/Ni-P/ITO 对电极。实验研究了电极的制备工艺;并对电极表 面形貌、电化学性能以及组装 DSSC 的光电性能进行表征。结果表明,使用 Ni-P 合金对 ITO 导电玻璃基底进行修饰,有效地提高基底导电性和光反射能力,进 而改善了 DSSC 的综合内阻和光利用率,使电池能量转化效率提高近 11%。
本文采用热分解法制备 DSSC 铂对电极,并研究其制备工艺对电极的形貌和 电化学性能的影响。通过对铂载量、不同粘合剂及其用量的优化,制得性能稳定
的 Pt/ITO 对电极,并且利用一系列测试手段表征电极的性能。结果表明,采用 浓度为 0.06 mg/mLCMC 作为粘合剂,铂载量仅为 0.235mg/cm2 时,电极表现出 良好的催化活性,且以此对电极组装的单体 DSSC 的转化效率接近铂片对电极。
关键词:DSSC 铂对电极 Pt-Ru/ITO Pt/NiP/ITO
ABSTRACT
As a novel cell in the energy field, Dye-sensitized solar cell (DSSC) has the advantages including high theoretical conversion efficiency, simple processing, low cost, and environment friendly raw materials. DSSC has gradually become one of the research hotspots in the world. Counter electrode is an important part of DSSC, which has been paid more attention to in recent years. Because of the high catalytic activity and relatively low overpotential to I-/I3- redox reaction, platinum became the widely used as DSSC counter electrode material. As a novel metal, the high cost of platinum
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