论文部分内容阅读
太阳能的有效利用是解决目前世界能源危机与环境污染问题的关键技术，太阳能电池是太阳能利用最直接、有效方式，其中染料敏化太阳能电池以其低成本、源材料丰富、稳定的性能、生产过程简单、环境友好无污染且适合大规模生产等优势吸引了众多研究人员的关注。光阳极薄膜材料是染料敏化太阳能电池核心部分，不但起吸附染料、产生光电子的作用，而且决定着光生电子收集与传输效率，从而直接影响到太阳能电池的转换效率。本论文从提高光电子传输从而优化电池性能出发，通过复合修饰石墨烯这一高电导率、高比表面积的二维材料从而提高电池的光电转换效率。
采用Hummer氧化法合成了氧化石墨烯。利用氧化石墨烯在乙二醇中良好的溶解性及醇类在高温高压具有的还原性，通过醇热法合成石墨烯/二氧化钛复合材料。基于该复合材料薄膜电极组装成的染料敏化太阳能电池显示了良好的光电转换效率。当复合比例为0.75wt％时短路电流密度(Jsc)为12.16mA/cm2，开路电压(Voc)为668mV，填充因子(FF)为0.677，光电转换效率(η)为5.5％。相对于纯P25材料组装成的电池来说，短路电流密度提高了1.41 mA/cm2，其光电转换效率提高了近30％，填充因子提高了19.6％。由EIS、IPCE等表征手段可知由于石墨烯的引入降低了光阳极的内在电阻值，有利于光生电子的运输，减小了暗电流，因此光电转换效率得以提高。
采用热分解法在相对较低的温度下(400℃)成功合成了石墨烯/二氧化钛复合物，通过C28H16Br2这种具有高对称性及高碳含量的物质为碳源合成石墨烯/二氧化钛复合材料，采用XRD、TEM、Raman、FTIR、UV-vis等表征手段对合成材料的结构、形貌及光谱吸收进行了表征。将该材料应用于染料敏化太阳能电池的光阳极中，当复合含量1wt％时，染料敏化太阳能电池的最高光电转换效率达到了6.0％，相对于纯P25作为光阳极的电池提高了30％。EIS曲线进一步证明了经石墨烯修饰后能够降低载流子的复合并提高电子的传输速率。
研究了染料敏化太阳能电池的工作原理，以及石墨烯的引入对染料敏化太阳能电池的影响。二维石墨烯能够作为电子受体并快速地传输光生电子，从而减小复合和逆反应，石墨烯增加对于太阳光吸收及短路电流密度也都有增强作用。