西南石油大学毕业设计论文

目前，DSSC中主要应用具有高催化活性和相对较低超电势的Pt电极，但是其价格昂贵造成制备成本很高给DSSC的产业化应用带来一定的障碍．目前文献中关注的是减少Pt使用量的新思路，其他一些金属材料如Au、Ni的对电极也有报道。
Sapp等[4]用热蒸镀法制备了Au对电极，即先在FTO导电玻璃上沉积25 rim厚的Cr,然后沉积150rim厚的Au，组装DSSC电池，结果表明Au对电极优于PI对电极，测试过程中，Au对电极没有出现腐蚀现象．但是，黄金仍属于贵金属类，此外在用含I-／I3-电解质组装DSSC时，测试得到的光电性能还不是很高，能量转换效率只有1．3％．
石墨烯是最近几年十分热门的新型炭材料，已有很多科研小组将其运用到DSSC电极的制备中．[7-12]
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染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的化学太阳能电池，以其简单的制作工艺，低廉的成本，较高的光电转换效率（8%-11%）,良好的应用前景而备受关注，DSSC主要由染料敏化纳米晶TiO2电极，电解液（I-/I3-）以及载有催化剂的对电极3部分组成。当太阳光照射到染料敏化纳晶TiO2电极上时，染料分子中的电子受激发月前至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2纳米膜紧密接触，电子注入到TiO2导带中，使染料分子变为氧化态。注入到TiO2导带中的电子接着进入导电基底，最终通过外回路流向对电极，形成光电流。氧化态的染料分子被I-还原为基态，电解液中I3-被从对电极进入的电子换成I-（I3-+2e-→I-）从而完成一个光电化学循环过程。当前，染料敏化太阳能电池的研究主要集中在染料合成,电子输运过程理论[2],固态（或准固态）电解液等方面[3],针对对电极的专项研究很少,对电极作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，通常由载铂催化剂的导电玻璃构成。铂催化剂使对电极/电解液界面上的电荷迁移快速高效进行， I3-与Ti2导带中电子发生复合的几率，抑制暗电流提高电池的开路电压。除了铂以外，金、镍、碳、某些导电的聚合物以及无机氧化物也可作为DSSC的催化剂使用。由于催化剂的材料、表面状况、制备方法以及基底材料对对电极的催化性能由很大的影响，因此制备高催化活性的对电极成为未来DSSC研究的重要内容。
本科毕业设计（论文）
题目
光固化石墨烯/聚吡咯复合膜
对电极的制备
学生姓名
学 号
教学院系
化学化工学院
专业年级
化学工程与工艺2009级
指导教师
职 称
副教授
单 位
西南石油大学
辅导教师
职称
单 位
完成日期
2013
年
6
月
12
日
Southwest Petroleum University
Graduation Thesis
Key words:graphene; Polypyrrole; Light curing; Emulsion polymerization.
第
1.1论文的研究背景
煤、石油、天然气等常规能源已经无法负担人类的庞大需求不久的将来出现的常规能源危机是目前人类必须面对的残酷事实，因此为了实现人类社会可持续的发展及人与自然的和谐发展，我们必须积极寻找发展合乎经济效益的新型能源。其中太阳能是常规矿物能源的主要的替代能源之一，更好的利用太阳能是人们解决能源问题及其明智的方式，它具有理想的开发和利用前景。经过统计得知，每年太阳能够向地球输送高达3×1024焦耳的能量，其能量是及其巨大的，然而，地球上我们人类进行生活，工作等所有的活动，一年所需的能源总量只需大约4.363×1020焦耳，换而言之，只需从太阳向地球输送的能量中收集其中的0.01%到0.02%加以利用就足够满足我们人类的需求[1]。
太阳能作为新能源，具有其它新能源一样的清洁、取之不尽用之不竭等特点，也具有其它新能源所没有的特点即资源分布非常广泛应用范围也非常广，不仅可
以被应用于航空航天事业，而且也可应用在我们普通百姓家的日常琐事上。正应为具有这些独特的优点对太阳能电池的开发一直以来受到世界各国的高度重视。太阳能电池按电池产生发展的时间，大致可以分为第一代、第二代和第三代太阳能光伏电池。第一代太阳能电池是硅太阳能电池，它又可以被分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池；第二代太阳能电池为基于薄膜技术的非晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池；染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cell简称DSSC）、超晶格电池、热载流子电池(Hot Carrier Cells)、新型热光伏电池（New Thermal Photovoltaic Cells）和叠层电池(Layer-Built Cells)等被称为第三代太阳能电池。按所用材料的不同可分为：（1）硅太阳能电池；（2）多元化合物太阳能电池,该电池是以无机多元化合物（砷化镓III-V族、硫化镉、铜铟硒等）为材料制备的电池；（3）纳米晶太阳能电池。目前占据着光伏市场最主要的份额的是第一代晶硅太阳能电池，它的主要优点是光电转换效率高，商用化的电池效率已达到16～18%，其中采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装的单晶硅太阳能电池，因此其坚固耐用成为该电池十分明显地优势，其使用寿命一般可达15年，最高可达25年，但这种电池的缺点是工艺较复杂且生产成本高，因此也使得在地面上大规模使用太阳能被限制了。无机多元化合物太阳能电池中的硫化镉和碲化镉太阳能电池尽管相比与非晶硅薄膜太阳能电池效率高，相比与单晶硅电池成本较低，并且易于大规模商业化生产，但它具有极其严重的问题是镉有剧毒，会对环境造成极其严重的危害，并且由于CIS用的铟和硒等一些材料都是比较稀有的元素，因此这类电池又必然受到限制。对我们人类社会而言，染料敏化薄膜太阳能电池(DSSC)研究的成功是人类利用太阳能的一个重要进展,其原理是模拟了自然界中光合作用的原理，将太阳能转化为电能。近几十年来，我们可以看到薄膜光伏太阳能电池在迅速地发展着，这也使得染料敏化太阳能电池在近些年来得到了迅速地发展。
金属Ni相对于Pt、Au要廉价得多，范乐庆等[5]提出镀Ni导电玻璃也可以作为DSSC的对电极．采用电沉积的方法来制备Ni对电极．在实验中所采用的电解质为I-／I3-，使用镀Ni的导电玻璃对电极，测得DSSC的开路电压为0．468V短路电流为5．23mA·cm-2，填充因子为0．15，入射单色光子．电子转换效率（IPCE)达41．19％．尽管Ni具有很好的催化作用，但是由于Ni会与电解质中的I3-慢慢反应，导致Ni的催化活性有所下降．如果可以改变电解质的成分，使得电解质不与Ni发生反应，Ni就有可能代替Pt成为新型的对电极材料，提高电池性能，降低电池成本．DSSC研究人员也曾尝试用其他金属材料如钯、铝等作对电极，但它们的电性能都远不及Pt对电极，亟待开发出可以替代Pt的新型对电极材料。
1.2 本课题设计的意义
煤、石油、天然气等常规能源已经无法负担人类的庞大需求，不久的将来出现的常规能源危机是目前人类必须面对的残酷事实，因此为了实现人类社会可持续的发展及人与自然的和谐发展，我们必须积极寻找发展合乎经济效益的新型能源。其中太阳能是常规矿物能源的主要的替代能源之一，更好的利用太阳能是人们解决能源问题及其明智的方式，它具有理想的开发和利用前景。经过统计得知，每年太阳能够向地球输送高达3×1024焦耳的能量，其能量是及其巨大的，然而，地球上我们人类进行生活，工作等所有的活动，一年所需的能源总量只需大约4.363×1020焦耳，换而言之，只需从太阳向地球输送的能量中收集其中的0.01%到0.02%加以利用就足够满足我们人类的需求[1]。目前，消耗常规能源引起的环境问题也日益突出，而太阳能被誉为最为清洁的能源，不会危害人和自然，并且利用太阳能不受任何地域限制，随处可取。电能的优点是输送方便，毫无疑问它是目前最被广泛应用的能源，而太阳能电池的目的就是将太阳能转换为电能。现今，世界各国对发展太阳能项目都给予了极高的关注，目前太阳能电池行业发展迅速，以硅半导体为主的太阳能电池已全面量产和应用，这也表明人们对清洁能源的喜爱，当然这也表明太阳能电池拥有十分理想的前景。
Uv-curable graphene/polypyrrole
Compositefilm electrode preparation
Grade:2009
Name:Yang Yin ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱong
Specialty:Chemical Engineering and Technology
Instructor:Ke Qiang
目前，消耗常规能源引起的环境问题也日益突出，而太阳能被誉为最为清洁的能源，不会危害人和自然，并且利用太阳能不受任何地域限制，随处可取。电能的优点是输送方便，毫无疑问它是目前最被广泛应用的能源，而太阳能电池的目的就是将太阳能转换为电能。现今，世界各国对发展太阳能项目都给予了极高的关注，目前太阳能电池行业发展迅速，以硅半导体为主的太阳能电池已全面量产和应用，这也表明人们对清洁能源的喜爱，当然这也表明太阳能电池拥有十分理想的前景。
关键词：石墨烯；聚吡咯；光固化；乳液聚合。
Abstract
counter electrode is an important part of the dye sensitized solar cells, the improvement of electrode is to improve the energy conversion efficiency, and one of the effective means to reduce costs, the paper was prepared by emulsion polymerization method of graphene/polypyrrole composite electrode materials, SEM, FT - IR, the EIS analysis means such as the structure of the composites were characterized, the last under the parcel of epoxy acrylate light curing composite membrane was prepared as the counter electrode. Results showed that graphene and polypyrrole together evenly and light cured composite materials with good electric conductivity in the EIS tests, this may benefit from the good dispersion of graphene layers caused by increasing the specific surface area of the electrode materials.