染料敏化太阳能电池电理解质添加剂与对电极材料研究-化学工程专业毕业论文.pdf.docx

摘要摘要 摘要 摘要 染料敏化太阳能电池(DSSCs)由光阳极、电解质和对电极三部分组成。在传 统的液态电解质中，通常选择加入不同种类的添加剂以提高电池的光电性能。但 是，目前为止，添加剂对电池性能的影响都只是单一地显著提高其开路电压(Vo。) 或短路电流(J。。)。Pt由于其良好的导电性和催化性能作为传统的对电极材料。目 前为止，各种非Pt对电极材料如碳材料、导电聚合物、金属硫化物等已引起了 广泛的关注和应用。同时，通过修饰材料的表面几何和电子结构同样使其具有良 好的催化性能。为了进一步提高电池性能，本文基于液态电解质中添加剂和对电 极材料，所研究内容主要包括以下两个方面： 1．配制不同比例的两种添加剂4．叔丁基吡啶(TBP)和异硫氰酸胍(GuSCN) 的液态电解质，通过一些电化学及光电化学测试和理论计算研究其对于电池性能 影响的机理。TBP和GuSCN作为共添加剂可以显著提高电池的光电性能，因为 它们可以影响电池的能带及电荷传输。莫特．肖特基(MS)曲线可以定量地去分析 二氧化钛的带边移动，进而阐明V。。的变化。同时，可以利用循环伏安(CV)、电 化学阻抗谱(EIS)、强度调制光电流谱／光电压谱(IMPS／IMVS)和电荷抽取(CE)技 术进行动力学方面的研究。理论方面，利用DFT密度泛函理论去研究相互作用 能、费米能级和前线轨道。结果显示，TBP与GuSCN在比例为9：1时其电池性 能最好。机理方面，TBP和Ti02之间的前沿轨道有效地重叠导致了费米能级的 负移和Vo。的增加。由于库伦引力，胍盐离子(G+)可以紧密地吸附在Ti02表面形 成钝化层，减小电子复合速率。由于体积和静电作用，不同比例的TBP和GuSCN 可以产生竞争效应，因此，可能是这种协同作用导致了太阳能电池性能的明显提 高。 2．设计了一种新型的以FTO导电玻璃为原材料的对电极，将其置于管式炉 中真空退火后用作染料敏化太阳能电池对电极材料，发现其效率最高可达Pt的 90％。为了进一步探究其作用机理，通过脉冲激光沉积(PLD)的方法制得Sn02薄 膜，相同条件处理后，用作染料敏化太阳能电池对电极，得到与Pt相近的催化 性能。同时，通过电化学及电压．电流(Ⅳ)特征曲线、CV和Tafel测试表明所制 万方数据 东南大学硕士学位论文得的对电极材料具有明显的电催化性能。通过电子顺磁共振(ESR)表征方法验证 东南大学硕士学位论文 得的对电极材料具有明显的电催化性能。通过电子顺磁共振(ESR)表征方法验证 是氧空位在起作用。 关键词：染料敏化太阳能电池，添加剂，对电极，光电性能 n 万方数据 AbstractAbstract Abstract Abstract DSSCs consist of 3 components，which are photoanodes，electrolytes and counter electrodes．In the traditional liquid electrolytes，additives are added into them to get good performance of DSSCs．The effect of additives is limitted，which may only obviously improve Voc or Jsc．Pt is widely accepted as the traditional counter electrode because ofthe good conductivity and the catalytic properties．So various non-Pt counter electrodes such as carbon materials，conductive polymer materials，metal sulfide materials and metal oxide materials have attracted wide attention and application．On the other hand，the performance of counter electrode materials can be also tuned through modifying the surface atomic geometrical and electronic structures，which carl create more active sites for the heterogeneous electrocatalysis process of redox mediators．In order to improve the performan