光电专业论文提纲

论文题目：透明硫化镍电极的旋涂法制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

摘要：对电极（CE）作为染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell,DSSC）的重要组成部分之一,其作用是收集外电路电子和催化氧化/还原对再生,对DSSC器件性能起到重要作用。目前最为常用的CE材料是铂（Pt）,其电催化活性优异,但成本高昂使其应用范围受限。过渡金属硫化物由于其易制备、低成本和良好的电催化活性,被认为是Pt对电极材料最可行的替代品之一。另外,透光性良好的对电极,有利于透射光的再利用,如应用于双面DSSC器件和串联电池中,从而增加光的利用效率。本课题主要致力于高电催化性能、高透光率硫化镍对电极的简单制备,即采用旋涂法和低温烧结的方法;研究了溶剂、烧结温度/气氛、石墨烯复合等对CE薄膜透光度和催化性能的影响,并评价了基于透明硫化镍对电极的DSSC器件从正面/反面照射时的光电转化效率。研究内容如下:（1）在空气中分别使用乙醇和异丙醇作为前驱液溶剂制备硫化镍（Ni S）对电极,并研究了其对CE电催化性能以及DSSC器件效率的影响。首先,把硫脲和氯化镍按1:3的比例溶于乙醇中获得前驱液,将其旋涂在ITO基底上,优化了退火温度,为200oC。另外,将前驱液溶剂更换为异丙醇,研究不同旋涂速率对Ni S对电极透光率和性能的影响。实验结果表明,使用异丙醇作为溶剂制得的Ni S对电极透光率与乙醇溶剂制备的Ni S对电极相当,其光电性能优于乙醇溶剂制备的Ni S对电极。（2）在氮气气氛中制备Ni S对电极,研究退火温度和旋涂速率对Ni S对电极性能的影响。实验结果表明,200oC为最佳退火温度,800 r/min为最佳旋涂速率,此条件下制备的Ni S对电极透光度为79.13%（550 nm处,空气校准）。将该对电极应用于DSSC中,标准测试光源从正面照射时获得的光电转换效率（PCE）为7.54%（反面照射时PCE为3.96%,是正面照射的52.52%）,与铂电极DSSC器件（7.48%）相当,相比于空气中制备的Ni S对电极DSSC器件（PCE为3.7%）,光电转换性能提升了104%。（3）采用旋涂法制备Ni S/石墨烯复合对电极,研究石墨烯掺入的含量对DSSC器件性能的影响。石墨烯的掺入改善了Ni S CE的电催化性能,其中0.05 mg/m L为最佳掺杂浓度,其DSSC正面照射的PCE为7.84%（反面照射时PCE为4.59%,是正面照射的58.55%）,较纯Ni S对电极DSSC提升了3.83%。以上研究表明旋涂法、低温退火制备的Ni S对电极,具有高透光率和优异的电催化性能,有望应用于双面DSSC器件或串联电池中。

关键词：染料敏化太阳能电池;透明对电极;低温退火;NiS;旋涂法;光电转换效率

学科专业：光学工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 硫化物对电极的研究进展

1.3 透明/半透明对电极的研究进展

1.4 本论文的研究内容与意义

第二章 DSSC器件制备及性能表征方法

2.1 DSSC器件制备

2.1.1 实验药品及实验器材

2.1.2 导电玻璃预处理

2.1.3 光阳极制备过程

2.1.4 对电极制备过程

2.1.5 DSSC器件封装

2.2 对电极及器件性能表征方法

2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)

2.2.2 X射线衍射谱(XRD)

2.2.3 紫外-可见透射光谱(UV-vis transmission spectra)

2.2.4 循环伏安特性曲线(CV)

2.2.5 电化学阻抗谱(EIS)

2.2.6 塔菲尔极化曲线(Tafel)

2.2.7 稳定性测试

2.2.8 电流-电压特性曲线(J-V)

2.3 本章小结

第三章 溶剂对制备硫化镍对电极及器件性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 对电极的制备

3.2.2 DSSC器件的制备

3.3 实验结果讨论

3.3.1 乙醇溶剂制备硫化镍对电极性能表征及器件性能

3.3.2 异丙醇溶剂制备硫化镍对电极性能表征及器件性能

3.4 本章小结

第四章 氮气中硫化镍对电极的制备、性能表征及器件性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 硫化镍对电极的制备

4.2.2 DSSC的制备

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 制备硫化镍对电极温度的优化

4.3.2 制备硫化镍对电极旋涂速率的优化

4.4 本章小结

第五章 硫化镍/石墨烯复合对电极的制备及其性能表征

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 对电极的制备

5.2.2 DSSC的制备

5.3 NiS/石墨烯复合对电极的性能表征

5.4 NiS/石墨烯复合对电极在DSSC中的应用

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢