鈷基硫化物及其石墨烯復合物設計合成與染料敏化太陽能電池對電極性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells，DSSCs)相對于傳統(tǒng)晶硅太陽能電池而言具有低成本、結構簡單以及較好的光電轉換效率等特性，現(xiàn)已成為目前科研熱點之一而被越來越多的科研工作者關注。典型的DSSCs具有“三明治”結構:吸附染料(如N719)的TiO2光陽極，含氧化還原電對(如I3-/I-)的電解液溶液和催化材料組成的對電極。其中，對電極作為DSSCs的重要組成部分，它的主要作用是傳遞電池外電路電子并且

2、催化還原電解液中的氧化還原電對(如I3-/I-)。傳統(tǒng)對電極是由負載鉑(Pt)的透明導電玻璃充當，但Pt作為對電極溶液被電解液腐蝕，從而極大影響DSSCs的穩(wěn)定性;而且Pt是貴金屬，其昂貴的價格導致了DSSCs不能大規(guī)模地應用。當前，不少對電極材料已被開發(fā)出來，但是這些對電極材料在電催化活性、穩(wěn)定性、及易合成等方面都難以與Pt相媲美，因此開發(fā)新型對電極材料已經(jīng)成為當務之急。本文以非Pt對電極材料的開發(fā)作為研究背景，以鈷基硫化物的合成及應

3、用為切入點，通過合理的實驗設計，以水熱法制備出多種鈷基硫化物及其石墨烯復合物并作為DSSCs對電極材料組裝成器件進行了一系列表征及測試。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過簡單水熱法，利用混合溶劑體系合成了由超薄納米片組成的3DCo-Al-LDHs微球，并以其為模板進行硫化制備出了非晶硫化鈷(CoSx)納米片，該結構保留了LDH的層狀結構。將其分散在無水乙醇溶液中作為對電極材料刮涂在導電玻璃上，制成對電極進行一系列的電化學測試;結果

4、表明，CoSx對電極在催化活性及穩(wěn)定性等方面均能夠媲美傳統(tǒng)Pt對電極。將CoSx與石墨烯復合形成CoSx/rGO復合物并將其作為對電極材料組裝成器件進行一系列電化學測試，測試結果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)Pt對電極。兩種對電極相對應的DSSCs器件的光電轉換效率也優(yōu)于同等條件下的Pt對電極。
　　(2)通過簡單水熱法，利用混合溶劑體系合成了由超薄納米片組成的3DCo-Fe-LDHs微球及其與石墨烯復合材料Co-Fe-LDHs/rGO，并以其為模

5、板硫化合成了鈷基三元硫化物CoFeS2及其石墨烯復合物CoFeS2/rGO，它們均保留了部分LDH的層狀結構。分別將其分散在無水乙醇溶液中作為對電極材料刮涂在導電玻璃上，制作成對電極進行一系列的電化學測試;結果表明，CoFeS2對電極催化活性及穩(wěn)定性也能夠與Pt相當，CoFeS2/rGO對電極則明顯優(yōu)于Pt對電極。將二者分別組裝成DSSCs器件并對其進行測試，二者的光電轉換效率均能與同等條件下Pt相媲美，尤其是CoFeS2/rGO的光電