编号：CYYJ04691
篇名： 碳化钨基异质结材料应用于染料敏化太阳能电池对电极催化剂
作者： 栗元皓
关键词： 染料敏化太阳能电池; 对电极; 异质结; 碳化钨;
机构：河北师范大学
摘要： 染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSCs）是一种将太阳能直接转换为电能的光伏装置,DSSCs制备成本低廉,环境友好,组装轻便,其中对电极（CE）作为DSSCs的重要组成部件之一。对电极的传统催化剂多为贵金属Pt,但Pt的价格昂贵,在碘电解液中易被微量腐蚀。因此,开发成本低廉,高效稳定的非Pt对电极催化材料已成为DSSCs的研究热点之一。本文通过高温热解制备了一系列碳化钨基异质结复合催化剂,并将其应用于DSSCs对电极中,相关研究内容具体如下: 1、采用柠檬酸作为辅助剂,由液相法制备了不同形貌的ZnO作为模板,再将偏钨酸铵(（NH4）6H2W12O40)和盐酸多巴胺(C6H3（OH）2CH2CH2NH2HCl)通过液相组装,均匀负载于ZnO表面作为前驱体。前驱体在850℃下N2气氛中高温热解制备ZnO@WC1-x异质结对电极催化材料。实验发现,多瓣花状ZnO制备的催化剂在DSSCs中完成8.50%的能量转换效率。进一步调控偏钨酸铵与盐酸多巴胺的质量比,比较不同ZnO@WC1-x对电极催化剂的性能。结果表明,当两者质量比为1:1时,制备的催化剂展现出最优的光电转换性能。 2、采用一锅法将Co（NO3）2、Zn（NO3）2与不同质量的磷钨酸(H3PW12O40)和2-甲基咪唑液相组装ZIF-8型复合前驱体,然后,对不同配比的前驱体在900℃下直接热解。当磷钨酸添加量为45 mg时,得到的Co掺杂WC@W2C@Co2C三元异质结催化剂,在DSSCs中实现了8.05%的能量转换效率。进一步确定同一配比前驱体在不同热解温度下制备催化剂的性能。实验结果表明,热解温度为900℃时所制备的异质结对电极材料表现出最优异的电催化性能,较相同条件下Pt对电极光伏性能提升了7.76%。 3、在溶液中将Co（NO3）2、Zn（NO3）2和FeCl2与2-甲基咪唑配位,分别导入四种不同的钨酸(Na2WO4·2H2O,H3PW12O40,（NH4）6W7O24·6H2O,（NH4）6H2W12O40),各自组装形成ZIF结构MOF负载钨酸的多元复合前驱体,在350℃和900℃下对前驱体分别两步热解各2 h,制备Co7Fe3@WC异质结材料。实验表明,以偏钨酸铵为钨源制备的催化剂其能量转换效率达到7.89%,表现出优异的电催化性能。进一步研究偏钨酸铵的添加量对催化剂的性能的影响:当加入90 mg偏钨酸铵时,制备的催化剂具有较高的结晶度和比表面积,实现了8.29%的能量转换效率。