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染料敏化太阳电池以其价格低廉、工艺简单、环境友好、光电转换效率(PCE)较高等优势,引起了学术界及工业界极大的研究兴趣。对电极是染料敏化太阳电池的关键组成部分之一。在电池的工作过程中,对电极通过从外电路收集电子并在对电极/电解质界面催化还原I3-到I-实现电荷的传输。铂(Pt)具有高电导率,高催化活性和稳定性,因此常作为催化电解质中氧化还原电对的对电极材料。然而,由于Pt的储量稀少且价格昂贵,因此研究者正面临着挑战:开发新型非Pt高效廉价的对电极材料。 本论文以开发新型非Pt催化材料为切入点,设计并合成一系列廉价对电极材料,研究了不同对电极材料在染料敏化太阳电池体系中对电解质中的I3-/I-的电催化性能。主要研究工作如下: (1)利用溶胶-凝胶法制备了一系列物理和化学性质可控的钙钛矿型氧化物材料。实验结果表明,该类同构化合物不仅对催化反应,也为建立催化活性与形貌或材料整体性能之间的相关性提供良好的模型。 (2)制备了形貌可控(三维花状和球状)FeSe2薄膜并作为DSC对电极材料。研究了FeSe2对电极形貌对其性能影响。结果显示,三维花状FeSe2对电极性能可与传统铂对电极媲美。 (3)采用水热法制备了Co0.85Se材料,利用滴涂法将所制备的Co0.85Se沉积在导电玻璃基底上并作为催化还原I3-离子对电极应用于染料敏化太阳电池中。研究了滴涂量对于Co0.85Se对电极DSCs光电性能的影响。结果表明,随着滴涂量的改变,填充因子变化明显。同时,通过调控反应原料的用量、水热反应时间和制膜方法控制对电极种类、薄膜厚度、晶型和形貌。系统研究了对电极物理和化学特征与催化性能间的关系。 (4)扫描电化学显微镜(SECM)作为一种创新性的电化学测试手段,具有高空间分辨率,可用于固液界面的催化反应机理研究。本论文中,利用SECM特有的正反馈模式研究了Pt薄膜电极的电催化活性。