染料敏化太阳能电池因其成本低、环境友好、工艺简单等优势而受到广泛关注。针对硫属化合物对电极的电催化性能有待增强、电池光电性能有待提高的关键问题，本文以泡沫镍为基片，采用溶剂热法制备Ni3Se2纳米材料，并作为染料敏化太阳能电池的对电极。循环伏安曲线、塔菲尔极化曲线以及电化学阻抗谱测试结果表明Ni/Ni3Se2对电极具有与铂电极相当的电催化活性。通过电池组装与测试可得，基于Ni/Ni3Se2对电极的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达到了4.62%，略低于基于铂对电极的电池效率(5.34%)。本论文研究有助于更深入理解硒化物在对电极中的电催化机理，为探索性能优异的非铂对电极材料提供一种新的技术途径，也为降低电池成本、提高电池光电性能提供理论依据与实验支持。关键词 Ni/Ni3Se2薄膜，溶剂热法，对电极，电催化活性，染料敏化太阳能电池目 录
1 引言 1
1.1 硒化物性能 1
1.2 硒化物制备方法 1
1.3 硒化物应用 2
1.4 染料敏化太阳能电池的发展情况及其对电极 2
1.5 本文主要研究内容 3
2 基于泡沫镍的硒化镍制备与表征 4
2.1 实验部分 4
2.2 实验结果与讨论 5
3 Ni/Ni3Se2 对电极的DSSC制备与测试 7
3.1 实验部分 7
3.2 实验结果与讨论 9
结论 14
致谢 15
参考文献 16
1 引言
金属硒化物是半导体纳米材料中十分重要的一种化合物，在电学、光学和催化等领域有广泛的应用前景。如硒化镉是一种重要的光电转换器件的活性材料，硒化铜在催化降解有机染料方面有相当好的应用前景，硒化镍在染料敏化太阳能电池中作为对电极表现出优异的性能。
1.1 硒化物性能
金属硒化物是一种相当重要的半导体材料，其带隙宽度一般在0.3~3.0eV，包含红外到紫外波段，所以其在半导体领域有广泛的应用[1]。譬如太阳电池[2]、红外探测器[3]、激光器[4]、光敏传感材料[5]和光催化[6]等。金属硒化物的尺寸、维度、
 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^* 
硒化铜在催化降解有机染料方面有相当好的应用前景，硒化镍在染料敏化太阳能电池中作为对电极表现出优异的性能。
1.1 硒化物性能
金属硒化物是一种相当重要的半导体材料，其带隙宽度一般在0.3~3.0eV，包含红外到紫外波段，所以其在半导体领域有广泛的应用[1]。譬如太阳电池[2]、红外探测器[3]、激光器[4]、光敏传感材料[5]和光催化[6]等。金属硒化物的尺寸、维度、表面结构、晶体结构和能带结构决定其优异性能[1]。金属硒化物尺寸较大时，材料的缺陷结构和能带结构在某种程度上由晶体结构决定，从而影响材料的物理和化学性能[1]；金属硒化物处于较小尺寸时，由于具有较大的激子波尔半径，很多金属硒化物半导体纳米材料显示出较强的量子限域效应[7]，因此在半导体电学、光学等方面有利于获得新特性和应用。硒化物还具有优异的光学性质、磁学性质和半导体特性。金属硒化物还可以通过能带工程来获得材料本身所不具备的性能。在染料敏化太阳能电池研究方面，金属硒化物由于具有优异的电催化活性，从而取得诸多显著成果，因此能够成为代替贵金属铂催化氧化还原反应的廉价、稳定、高效的催化剂。
1.2 硒化物制备方法
硒化物半导体薄膜的制备方法有很多种。一般情况下，最常见的制备方法有：化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等。在制备半导体薄膜过程中，化学气相沉积法是一种化学方法。通常是将一种或几种气体通过光、热、电、磁、等离子体和化学等作用在衬底表面发生氧化还原、热分解或化合等反应生成固体薄膜[1]。通过化学气相沉积法丘普拉科夫等采用非金属衬底Si、SiO2在压强为0.5-40兆帕、300-600摄氏度的H2或者H2/He 的环境下利用冷壁垂直化学气相沉积法反应器成功制备了SnSe，Cu2Te等薄膜[8]。
溶胶-凝胶法也是一种化学方法。通常是通过如下步骤制得所需的固体薄膜：首先将金属醇盐或无机物溶解在醇、醚等有机溶剂中形成均匀的溶液；再通过水解和缩聚反应，溶液转变形成溶胶；然后采用溶胶-凝胶经过进一步的聚合反应，溶胶转变形成凝胶；接下来为了除去凝胶中剩余的有机物和水分可以经过干燥或热处理；最后制得所需要的氧化物或其他化合物固体薄膜。采用溶胶-凝胶法郝海燕等制备出ZnSe-SiO2纳米复合材料[1，8]。
水热法是一种常见的制备方法。通常是在高压釜中将水溶液作为反应体系，加热反应体系，在高温高压的条件下，溶解并重结晶通常难溶或者不溶的物质而得到纳米微粒。采用水热法，李亚栋和钱逸泰研究小组合成了纳米线，纳米棒等纳米材料[8]。
溶剂热法是本论文中所采用的制备方法。此方法是在密闭体系中进行的，作为溶剂的是有机物或者非水溶媒，在密闭体系中的混合溶液，通过在一定的温度和溶液的自生压力下进行反应，从而生成纳米粒子。利用溶剂热法宋等将乙二胺作为溶剂，将Se粉，Bi(NO3)2•5H2O等作为原料合成了BiSe纳米晶[8]。
1.3 硒化物应用
硒化物因为它独特的电磁学特性，在传感器、光记录材料、激光材料以及太阳能电池等领域显示出广阔的应用前景。硒化锌可以用于红外激光位相推迟器。NiSe2由于其独特的电化学性能可用作合适的储能材料，NiSe由于其带隙为2.0eV可以作为P型半导体来制造太阳能电池[9]。八面体形状的硒化镍对水合肼具有高效的催化降解作用。硒化物纳米管具有良好的热学和电学性能，可以用作电动机上的散热片。硒化物纳米电缆可用于制备光电化学太阳能电池中的光电器件，其最大功率转换效率可达4.74％[9]。研究人员合成硫化镍与二硒化镍复合电极材料，这种电极材料具有优异的电化学响应，具备高的比容量，并且具有较好的循环稳定性，从而应用于超级电容器中。硒化镍对电极在染料敏化太阳能电池中显示出很好的电催化能力，因此能够代替贵金属铂作为染料敏化太阳能电池的对电极。
1.4 染料敏化太阳能电池简介
随着世界人口的不断增加，人类社会的不断发展，人类对赖以生存和发展的能源需求量越来越多，然而我们常用的煤、石油和天然气等化石能源却逐年大幅度减少，因此我们需要开发新能源来代替化石燃料。太阳能是一种可再生能源，由于它的存储量丰富、清洁卫生以及有利于人与自然和谐发展等优点而引起大家的关注[10]。染料敏化太阳能电池由于其具有原材料资源丰富、制备工艺简单、环境友好、相对较高的能量转换效率、可塑性强以及成本相对较低等优点而受到大家的广泛关注。
1839年，Becquerel发现了光伏效应。1887年，Moser发现了光电响应，从此光伏效应中引用了染料敏化这个概念。1949年，Putzeiko等第一次报道了对宽禁带氧化物产生敏化作用的是赤藓红、曙红以及花菁等染料，从此染料敏化半导体成为了光电化学领域的研究热点。研究人员研究了半导体与光激发染料间的电荷转移过程后，根据该过程提出了染料敏化半导体产生电流的机理，从而成为光电化学电池的理论基础。1972年，利用TiO2 Fujishima和Honda进行了光解水制氢，实现了光能转换到化学能。染料敏化太阳能电池领域的第一次突破：1976年，Tshub
原文链接：http://www.jxszl.com/rwxy/wuli/34966.html