硫化钴-石墨烯复合对电极及其光电性能研究

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1、分类号学号M201170763学校代码10487密级硕士学位论文硫化钴-石墨烯复合对电极及其光电性能研究学位申请人：王芬学科专业：材料学指导教师：池波教授答辩日期：2014年1月13日万方数据AThesisSubmittedinFullFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterCoS-graphenecompositecounterelectrodeanditsphotovoltaicpropertiesCandidate：FenWangMajor：MaterialSc

2、ienceSupervisor：Prof.ChiBoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan.,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月

3、日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedso

4、larcell,DSSC)由于具有不错的能量转化效率、制造成本低、环境友好等优点，成为非常有吸引力的新一代太阳能电池。对电极是DSSC非常重要的组件之一，Pt是目前为止最常用的对电极材料。然而，Pt是贵金属，且资源有限，使用Pt对电极大大增加了DSSC的成本。因此，开发不含Pt且具有较高效率的对电极材料代替传统Pt电极具有重要意义。由于CoS具有优异的电催化性能、原材料丰富且成本低，石墨烯具有卓越的导电性、快速的电荷迁移率、高的比表面积及良好的化学和热稳定性，在本文中，我们制备了硫化钴-石墨烯复合对电极，并从以下几个方面进

5、行了研究：(1)通过水热法制备CoS粉体，与石墨烯混合，加入有机粘结剂CMC-Na形成均匀的浆料，采用刮刀法将浆料印刷到FTO玻璃基底上，通过控制浆料中CoS和石墨烯的比例，制备出不同配比的CoS-石墨烯复合对电极；(2)使用XRD、FSEM和EDS表征复合对电极的结构和形貌，结果表明，水热法制备的CoS粉体为六角结构，尺寸约为500nm，大颗粒是由几十纳米的小颗粒聚集而成的。制备的复合对电极，CoS颗粒均匀的分布在对电极薄膜中，石墨烯为片层卷曲结构，不同配比复合对电极薄膜的厚度都控制在13~15μm，且各元素在其中的分布

6、较为均匀；(3)采用CV法测量复合对电极的电催化活性及长期稳定性，结果表明，CoS具有优异的电催化活性，而石墨烯的电催化性能较差。当在石墨烯中加入CoS后，复合对电极的电催化活性显著提高，CoS-石墨烯复合对电极的电催化活性比Pt对电极高，长期稳定性与Pt一样好；(4)采用I-V曲线和EIS表征DSSC的光电性能，结果表明，CoS和石墨烯具有很好的协同效应，复合后，电荷转移阻抗和Nernst扩散阻抗均减小，硫化钴-石墨烯复合对电极DSSC的能量转化效率比硫化钴和石墨烯单独作为对电极时DSSC的能量转化效率高；I万方数据华中

7、科技大学硕士学位论文(5)研究CoS和石墨烯的最佳配比，随着CoS比例的增加，短路电流和填充因子均呈现先增大后减小的趋势。当复合对电极中，CoS的质量比为40%，石墨烯的质量比为60%时，具有最佳的能量转化效率，为6.31%，高于以CoS和石墨烯单独作为DSSC对电极时的效率，分别为3.51%和4.26%，甚至高于以传统Pt作为DSSC对电极的效率，为5.98%。关键词：硫化钴-石墨烯；复合对电极；染料敏化太阳能电池II万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractDye-sensitizedsolarcell(DSSC

8、)hasappearedasapromisingdevicefornextgenerationphotovoltaicdevicesamongsolarcellsbecauseoftheirreasonableconversionefficiencyandlow-costfabrication.Thec