Ni3Se4_石墨烯复合材料的电化学制备及其光电特性研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN389密级：公开UDC：621.3学号：151265Ni3Se4/石墨烯复合材料的电化学制备及其光电特性研究研究生姓名：孙晨导师姓名：徐峰教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席秦明教授评阅人陈洁副教授张胜利教授2018年6月6日硕士学位论文Ni3Se4/石墨烯复合材料的电化学制备及其光电特性研究专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓

2、名：孙晨导师姓名：徐峰教授ELECTROCHEMICALPREPARATIONANDPHOTOELECTRICPROPERTIESOFNi3Se4/GRAPHENECOMPOSITESADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYSUNChenSupervisedbyProf.XUFengSchoolofElectronicScienceandEngineeringSou

3、theastUniversityMay2018东南大学学位论文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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）

4、》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型太阳能电池，具有成本低廉、制备工艺简单以及光

5、电转换效率相对较高等特点，近年来已经吸引了世界各国研究人员的广泛注意。对电极是染料敏化太阳能电池的关键组成部分，优秀的对电极要求具备优异的电催化性能以及良好的导电性。传统的对电极材料是铂，然而铂储量稀少、成本高昂、且容易被电解质腐蚀的特点限制DSSC的工业化生产。金属硒化物已被证明具有优秀的电催化活性，同时成本低廉，是理想的DSSC对电极材料。石墨烯是一种新兴的二维材料，具有良好的导电性、较大的比表面积以及一定的电催化活性，引入石墨烯是提高对电极综合性能的一个新的方向。基于以上研究背景，本论文做

6、了以下研究：（一）利用一步电化学沉积法制备了Ni3Se4薄膜，直接将其用作DSSC对电极。通过研究表明，所制备的Ni3Se4呈现出不规则的颗粒状，且具有很好的纯度和结晶度。另外通过电沉积法制备的Ni3Se4薄膜还呈现出新奇的镜面特性，这种特性能够将未被染料吸收的光反射回光阳极，提高光利用率，从而进一步提高电池的效率。通过电化学性能测试和J-V特性曲线测试探索电化学沉积时间对Ni3Se4对电极性能的影响。研究表明，随着Ni3Se4沉积时间的增大，DSSC的光电转换效率也在持续提高，并且对电极的峰位

7、电流密度、电荷传输电阻Rct、交换电流密度J0和极限扩散电流密度Jlim以及填充因子等性能参数也随着沉积时间增大而优化。然而，通过扫描电子显微镜表征得知，沉积时间的增大也会使Ni3Se4颗粒的尺寸增大，这会降低薄膜的比表面积，影响对电极的性能。从结果上来看，基于沉积时间为5min、10min、20min以及40min的对电极对应的电池效率分别为6.48%、8.19%、8.29%以及8.34%，沉积时间达到10min以后效率的增幅已经很小了，考虑到制备时间也是一种成本，我们选择沉积时间为10min

8、为最佳方案并进行后续研究。（二）利用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯，并利用电化学沉积法制备了Ni3Se4/Graphene复合薄膜，首次将其应用为DSSC对电极。研究表明，复合材料中的Ni3Se4同样具有良好的纯度和结晶度，同时氧化石墨烯也被很好的还原。与直接沉积在ITO导电玻璃上的Ni3Se4相比，沉积在石墨烯表面的Ni3Se4颗粒尺寸更小，更小的颗粒尺寸能够为Ni3Se4薄膜带来更大的比表面积，从而提高对电极性能。循环伏安曲线、电化学阻抗、塔菲尔极化曲线测试结果表明，与单纯的Ni3S