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《上海应用技术大学》 2019年
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石墨烯基材料在染料敏化太阳能电池对电极中的设计与应用

石岩  
【摘要】:开发探索清洁能源是人类可持续发展的必经之路。染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池,之所以仅存在于实验阶段,主要原因在于对电极的首选材料是贵金属-铂(Pt),所以目前研究方向主要为Pt替换材料。所需对电极应具备以下优点:高催化活性,高导电率,高反射率,低成本,高表面积,多孔性,最佳厚度,化学、电化学和机械稳定性,化学品耐腐蚀性,与TCO导电玻璃的良好粘附性等。基于此,本课题研究主要基于对石墨烯材料的设计,将其研究制备可以达到与Pt电极相当的光-电转换性能。一方面,通过三种还原方式还原石墨烯,发现还原谷胱甘肽要比抗坏血酸和800℃高温还原的更加彻底,对材料性能有益;另一方面,通过二硫化钼与石墨烯在低pH下所带zeta电位不同将其层-层组装,然后通过添加单壁碳纳米管来增加体系的导电性以及抑制石墨烯片层的团聚从而增加材料的比表面积,从而加强复合电极的性能,主要研究成果如下:(1)根据不同还原方式,对GO的还原程度由大到小依次为还原谷胱甘肽、VC、800℃高温,G-谷材料含氧量最少从而导致G-谷对电极的导电性增加,另外又因为G-谷具有最高的大孔缺陷程度,增加了该材料本身电催化性能。由于还原谷胱甘肽对GO的还原要比VC的还原更加彻底,导致具有最小比表面积的G-谷中的石墨烯表面含氧官能团被还原掉。在三种还原方式中,G-谷材料展现出最高的光电转化效率(5.89%),这主要归因于还原程度高从而提升导电性以及缺陷程度高带来的高电催化性能。(2)通过MoS_2与石墨烯在不同pH下Zeta电位不同制备复合电极。将单层MoS_2溶液与GO混合后,其pH值为3.0,在这种pH环境下,MoS_2表面Zeta电位为正电位,而GO表面为负电位,通过TEM分析可以看到两者为层-层结合。由此复合电极得到光-电转效率为6.01%的性能,稍小于Pt对电极。(3)基于单层MoS_2与石墨烯的层-层组装,向其添加单壁碳纳米管。一方面增加了材料本身的导电性,有利于电子快速输送,另一方面碳纳米管扩充在石墨烯片层中间,减弱了石墨烯的片层团聚,提高了材料的比表面积,从而增加了对电极与电解液之间的接触位点。由此得到的复合电极GTM5组装的DSSC可以达到7.43%的光电转换效率,高于Pt电极,是一种新型的Pt替代材料。
【学位授予单位】:上海应用技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM914.4

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