染料敏化太阳能电池光阳极的制备工艺及其对电极的研究

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1、学号：12102602常州大学硕士学位论文染料敏化太阳能电池光阳极的制备工艺及其对电极的研究研究生吴欣指导教师张汉平学科、专业名称化学工艺研究方向化学电源与储能材料2015年6月Studyonthepreparationtechnologyofthephotoanodeandthecounterelectrodeforthedye-sensitizedsolarcellADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByWuXin(ChemicalTechnology)D

2、issertationSupervisor:Prof.ZhangHan-pingJune，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，

3、即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。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磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedSolarCell)因为其性能稳定、生产成本低

4、、对环境无污染和效率高，是一种很有前景的太阳能电池。在DSSC的组成中，最关键的部分之一是光阳极，它的性能会对电池效率产生直接的影响。对电极作为其中一个重要的组成部分，也愈来愈引起大家的关注。本论文的研究目的是探索不同工艺因素对二氧化钛光阳极的影响，以及低成本的对电极，并将其与Pt对电极进行比较，研究其相应的光电性能和电催化性能，论文具体内容如下：1.DSSC中二氧化钛光阳极制备工艺的研究。本实验采用纳米二氧化钛、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、无水乙醇和去离子水混合，采用研磨的方法制备合适浓度的二氧化钛浆料，并采

5、用粉末涂覆法制备光阳极，研究薄膜厚度、不同添加量的PVP、无水乙醇以及烧结温度、保温时间对电池光电性能的影响，寻找其最优工艺条件。结果表明：TiO2薄膜厚度为8μm，PVP的用量为0.15g，乙醇用量为1.0mL，烧结温度为450℃，保温时间为2h时，DSSC的光电转换效率最高。2.LiMn2O4作为DSSC对电极的研究。本工作中，我们以镍网为导电2基底，制备了LiMn2O4电极。并将其作为DSSC的对电极，在100mW/cm的光强下，此电池的短路电流密度和开路电压均高于同等条件下Pt相应的DSSC，且其光电

6、转换效率为4.30%，与Pt电极的4.77%相差不多。利用电化学阻抗谱图和塔菲尔曲线探究了对电极的电催化性能，结果表明，LiMn2O4具有较高的电催化活性，而且其电池内阻低于Pt的，能够快速-完成对I3的催化还原和对电子的收集传输。3.LiCoO2作为DSSC对电极的研究。类似的，在这项工作中，我们使用镍网作为导电基底完成了LiCoO2对电极的制备。将其与Pt电极进行对2比，探索了相应电池的光电性能，在100mW/cm的光强下，LiCoO2电极2对应电池的短路电流密度达到18.40mA/cm，比同等条件下Pt

7、对应DSSC的短路电流密度提高了近31%，而且两者的光电转换效率很接近。此外，我们还利用电化学阻抗谱图和塔菲尔曲线探究了对电极性能差异的电化学机制。结果表明，LiCoO2电极对应电池的内阻低于Pt的，但是它的电催化活性有待提高。4.LiNi0.5Mn1.5O4作为DSSC对电极的研究。本工作中，我们选用凝胶燃烧法成功制得了尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4。并将其制备成了DSSC的对电极，与Pt对电极进行比较，研究了相应电池的光电性能。此外，利用电化学阻抗谱图和塔菲尔曲线探究了对电极性能差异的电化学机制。2

8、结果表明，在100mW/cm的光强下，LiNi0.5Mn1.5O4电极对应电池的短路电流密度比同等条件下Pt电极对应DSSC的短路电流密度提高了28%，且开路电位也相对高51mV，两者的光电转换效率很接近，仅相差0.06%。但是LiNi0.5Mn1.5O4对应电池的填充因子比Pt的低。LiNi0.5Mn1.5O4的电催化活性也较Pt的低，性能还有待于进一步提高。关键词：光阳极；LiMn2O4；LiC