太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換及其蓄電的相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出，太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源越來(lái)越受到世人的關(guān)注。通過(guò)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換是人類(lèi)利用太陽(yáng)能的主要途徑之一。在太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)里，太陽(yáng)能電池和蓄電池成為最關(guān)鍵的兩個(gè)部件。染料敏化太陽(yáng)能電池(DSCs)具有成本低、理論轉(zhuǎn)換效率高、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來(lái)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為此，國(guó)內(nèi)外在對(duì)DSCs的光陰陽(yáng)極、電解質(zhì)，生產(chǎn)工藝以及電池結(jié)構(gòu)等方面均進(jìn)行了不斷的探索。其中，作為D

2、SCs重要組成部分的光陰極起著催化還原I<,3><'->和電子轉(zhuǎn)移的作用，其電催化性能對(duì)整個(gè)DSCs的光電轉(zhuǎn)換性能有著重要的影響。目前，DSCs光陰極主要是采用貴金屬材料Pt作催化電極。然而其昂貴的價(jià)格限制了它的實(shí)際應(yīng)用。因此，對(duì)低成本高性能光陰極的研究與開(kāi)發(fā)就成為本論文的焦點(diǎn)。同時(shí)，將太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換獲得的電能進(jìn)行蓄電需要高能量密度的蓄電池。目前，具有充放電速率高，耐過(guò)充放電能力強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)的堿性鎳蓄電池備受人們青睞，

3、成為蓄電池重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。在堿性鎳蓄電池中，鎳電極的正極活性物質(zhì)都是氫氧化鎳，對(duì)電池的容量和壽命起著關(guān)鍵作用。因此，加強(qiáng)對(duì)正極活性物質(zhì)Ni(OH)<,2>的基礎(chǔ)研究具有重要的意義。本論文主要內(nèi)容如下： (1)染料敏化納米TiO<,2>太陽(yáng)能電池主要是由納米多孔TiO<,2>薄膜、染料光敏化劑、電解質(zhì)、光陰極等幾個(gè)部分組成，各部分性能的好壞直接影響到整個(gè)DSCs的性能。因此，我們通過(guò)對(duì)DSCs的系列工藝實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化DSCs的光電

4、性能，已成功獲得了9.3％光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽(yáng)能電池，這為后面深入進(jìn)行DSCs的研究提供了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 (2)經(jīng)高溫裂解得到的球形乙炔黑(AB)，其具有良好的導(dǎo)電性和較大的比表面積。采用旋涂法，將球形乙炔黑均勻涂敷在導(dǎo)電玻璃上，用作DSCs的光陰極，有利于增大電解質(zhì)與光陰極間的接觸，減小電池內(nèi)阻，可以有效地提高其電催化活性，從而獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率(5.76％)。為降低電池的成本進(jìn)行了一些有益的探索。 (3)

5、在AB電極研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)浸漬和熱分解的方法，我們制得了載鉑量低的新型Pt/AB光陰極。SEM和TEM分析表明，Pt納米顆粒均勻的分散在AB 表面。Pt/AB電極的載鉑量?jī)H為2.0μg/cm<'2>，遠(yuǎn)低于DSCs中常用的載鉑量為5-10μg/cm<'2>的Pt電極。電化學(xué)測(cè)試表明，Pt/AB光陰極的電荷交換電阻為1.48Ωcm<'2>，用于DSCs中獲得8.6％的光電轉(zhuǎn)換效率。這為降低貴金屬Pt的使用，進(jìn)而降低DSCs制造成本有著重

6、要的實(shí)際意義。 (4)以多孔氧化鋁為模板，在不同溶液濃度下，用化學(xué)沉積法制備了氫氧化鎳納米管。采用XRD，SEM，TEM和HRTEM等手段，對(duì)產(chǎn)物的物相、表面形貌及微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明所得產(chǎn)物是高純度的氫氧化鎳納米管，外徑約為180～220nm，管壁厚20～30nm。將所制備的氫氧化鎳納米管制成電極，其電化學(xué)性能測(cè)試表明，Ni(OH)<,2>納米管的中空結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠有效地提高鎳電極的充電效率、放電比容量、高倍率及高溫放電