【正文】 煤、石油、天然氣等常規(guī)能源已經(jīng)無(wú)法負(fù)擔(dān)人類的龐大需求，不久的將來(lái)出現(xiàn)的常規(guī)能源危機(jī)是目前人類必須面對(duì)的殘酷事實(shí)，因此為了實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)的發(fā)展及人與自然的和諧發(fā)展，我們必須積極尋找發(fā)展合乎經(jīng)濟(jì)效益的新型能源。其中太陽(yáng)能是常規(guī)礦物能源的主要的替代能源之一，更好的利用太陽(yáng)能是人們解決能源問(wèn)題及其明智的方式，它具有理想的開發(fā)和利用前景。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得知，每年太陽(yáng)能夠向地球輸送高達(dá) 3 1024 焦耳的能量，其能量是及其巨大的，然 而，西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 地球上我們?nèi)祟愡M(jìn)行生活，工作等所有的活動(dòng)，一年所需的能源總量只需大約 1020 焦耳，換而言之，只需從太陽(yáng)向地球輸送的能量中收集其中的 %到 %加以利用就足夠滿足我們?nèi)祟惖男枨?[1]。目前，消耗常規(guī)能源引起的環(huán)境問(wèn)題也日益突出，而太陽(yáng)能被譽(yù)為最為清潔的能源，不會(huì)危害人和自然，并且利用太陽(yáng)能不受任何地域限制，隨處可取。電能的優(yōu)點(diǎn)是輸送方便，毫無(wú)疑問(wèn)它是目前最被廣泛應(yīng)用的能源，而太陽(yáng)能電池的目的就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能?，F(xiàn)今，世界各國(guó)對(duì)發(fā)展太陽(yáng)能項(xiàng)目都給予了極高的關(guān)注，目前太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā) 展迅速，以硅半導(dǎo)體為主的太陽(yáng)能電池已全面量產(chǎn)和應(yīng)用，這也表明人們對(duì)清潔能源的喜愛，當(dāng)然這也表明太陽(yáng)能電池?fù)碛惺掷硐氲那熬啊? 太陽(yáng)能作為新能源，具有其它新能源一樣的清潔、取之不盡用之不竭等特點(diǎn)，也具有其它新能源所沒(méi)有的特點(diǎn)即資源分布非常廣泛應(yīng)用范圍也非常廣，不僅可 以被應(yīng)用于航空航天事業(yè)，而且也可應(yīng)用在我們普通百姓家的日?，嵤律稀Ｕ龖?yīng)為具有這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)能電池的開發(fā)一直以來(lái)受到世界各國(guó)的高度重視。太陽(yáng)能電池按電池產(chǎn)生發(fā)展的時(shí)間，大致可以分為第一代、第二代和第三代太陽(yáng)能光伏電池。第一代太陽(yáng)能電池是硅太陽(yáng) 能電池，它又可以被分為單晶硅太陽(yáng)能電池和多晶硅太陽(yáng)能電池；第二代太陽(yáng)能電池為基于薄膜技術(shù)的非晶硅、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池；染料敏化太陽(yáng)能電池（ Dyesensitized solar cell 簡(jiǎn)稱 DSSC）、超晶格電池、熱載流子電池 (Hot Carrier Cells)、新型熱光伏電池（ New Thermal Photovoltaic Cells）和疊層電池 (LayerBuilt Cells)等被稱為第三代太陽(yáng)能電池。按所用材料的不同可分為：（ 1）硅太陽(yáng)能電池；（ 2）多元化合物太陽(yáng)能電池 ,該電池是以無(wú)機(jī)多元 化合物（砷化鎵 IIIV 族、硫化鎘、銅銦硒等）為材料制備的電池；（ 3）納米晶太陽(yáng)能電池。目前占據(jù)著光伏市場(chǎng)最主要的份額的是第一代晶硅太陽(yáng)能電池，它的主要優(yōu)點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率高，商用化的電池效率已達(dá)到 16～ 18%，其中采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝的單晶硅太陽(yáng)能電池，因此其堅(jiān)固耐用成為該電池十分明顯地優(yōu)勢(shì)，其使用壽命一般可達(dá) 15 年，最高可達(dá) 25 年，但這種電池的缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜且生產(chǎn)成本高，因此也使得在地面上大規(guī)模使用太陽(yáng)能被限制了。無(wú)機(jī)多元化合物太陽(yáng)能電池中的硫化鎘和碲化鎘太陽(yáng)能電池盡管相比與非晶硅薄膜太陽(yáng)能 電池效率高，相比與單晶硅電池成本較低，并且易于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，但它具有極其嚴(yán)重的問(wèn)題是鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極其嚴(yán)重的危害，并且由于 CIS 用的銦和硒等一些材料都是比較稀有的元素，因此這類電池又必然受到限制。對(duì)我們?nèi)祟惿鐣?huì)而言，染料敏化薄膜太陽(yáng)能光固化石墨烯 /聚吡咯復(fù)合膜對(duì)電極的制備 3 電池 (DSSC)研究的成功是人類利用太陽(yáng)能的一個(gè)重要進(jìn)展 ,其原理是模擬了自然界中光合作用的原理，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。近幾十年來(lái)，我們可以看到薄膜光伏太陽(yáng)能電池在迅速地發(fā)展著，這也使得染料敏化太陽(yáng)能電池在近些年來(lái)得到了迅速地發(fā)展。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 染料敏化太陽(yáng) 能電池（ DSSC）是一種新型的化學(xué)太陽(yáng)能電池，以其簡(jiǎn)單的制作工藝，低廉的成本，較高的光電轉(zhuǎn)換效率（ 8%11%） ,良好的應(yīng)用前景而備受關(guān)注， DSSC 主要由染料敏化納米晶 TiO2 電極，電解液（ I/I3）以及載有催化劑的對(duì)電極 3 部分組成。當(dāng)太陽(yáng)光照射到染料敏化納晶 TiO2電極上時(shí)，染料分子中的電子受激發(fā)月前至激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，并且染料與 TiO2 納米膜緊密接觸，電子注入到 TiO2導(dǎo)帶中，使染料分子變?yōu)檠趸瘧B(tài)。注入到 TiO2導(dǎo)帶中的電子接著進(jìn)入導(dǎo)電基底，最終通過(guò)外回路流向?qū)﹄姌O，形成光電流。氧化態(tài)的染 料分子被 I還原為基態(tài)，電解液中 I3被從對(duì)電極進(jìn)入的電子換成 I（ I3+2e→ I）從而完成一個(gè)光電化學(xué)循環(huán)過(guò)程。當(dāng)前，染料敏化太陽(yáng)能電池的研究主要集中在染料合成 ,電子輸運(yùn)過(guò)程理論 [2],固態(tài)（或準(zhǔn)固態(tài)）電解液等方面 [3],針對(duì)對(duì)電極的專項(xiàng)研究很少 ,對(duì)電極作為染料敏化太陽(yáng)能電池的重要組成部分，通常由載鉑催化劑的導(dǎo)電玻璃構(gòu)成。鉑催化劑使對(duì)電極 /電解液界面上的電荷遷移快速高效進(jìn)行， I3與 Ti2 導(dǎo)帶中電子發(fā)生復(fù)合的幾率，抑制暗電流提高電池的開路電壓。除了鉑以外，金、鎳、碳、某些導(dǎo)電的聚合物以及無(wú)機(jī)氧化物 也可作為DSSC 的催化劑使用。由于催化劑的材料、表面狀況、制備方法以及基底材料對(duì)對(duì)電極的催化性能由很大的影響，因此制備高催化活性的對(duì)電極成為未來(lái) DSSC研究的重要內(nèi)容。 目前， DSSC中主要應(yīng)用具有高催化活性和相對(duì)較低超電勢(shì)的 Pt電極，但是其價(jià)格昂貴造成制備成本很高給 DSSC的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)一定的障礙．目前文獻(xiàn)中關(guān)注的是減少 Pt使用量的新思路，其他一些金屬材料如 Au、 Ni的對(duì)電極也有報(bào)道。 Sapp等 [4]用熱蒸鍍法制備了 Au對(duì)電極，即先在 FTO導(dǎo)電玻璃上沉積 25 rim厚的 Cr,然后沉積 150rim厚的 Au，組裝 DSSC電池，結(jié)果表明 Au對(duì)電極優(yōu)于 PI對(duì)電極，測(cè)試過(guò)程中， Au對(duì)電極沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象．但是，黃金仍屬于貴金屬類，此外在用含 I／ I3電解質(zhì)組裝 DSSC時(shí)，測(cè)試得到的光電性能還不是很高，能量轉(zhuǎn)換效率西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 只有 1． 3％． 金屬 Ni相對(duì)于 Pt、 Au要廉價(jià)得多，范樂(lè)慶等 [5]提出鍍 Ni導(dǎo)電玻璃也可以作為DSSC的對(duì)電極．采用電沉積的方法來(lái)制備 Ni對(duì)電極．在實(shí)驗(yàn)中所采用的電解質(zhì)為I／ I3，使用鍍 Ni的導(dǎo)電玻璃對(duì)電極，測(cè)得 DSSC的開路電壓為 0． 468V 短路電流為 5． 23mA cm2，填充因子為 0． 15， 入射單色光子．電子轉(zhuǎn)換效率（ IPCE)達(dá)41． 19％．盡管 Ni具有很好的催化作用，但是由于 Ni會(huì)與電解質(zhì)中的 I3慢慢反應(yīng)，導(dǎo)致 Ni的催化活性有所下降．如果可以改變電解質(zhì)的成分，使得電解質(zhì)不與 Ni發(fā)生反應(yīng)， Ni就有可能代替 Pt成為新型的對(duì)電極材料，提高電池性能，降低電池成本． DSSC研究人員也曾嘗試用其他金屬材料如鈀、鋁等作對(duì)電極，但它們的電性能都遠(yuǎn)不及 Pt對(duì)電極，亟待開發(fā)出可以替代 Pt的新型對(duì)電極材料。 石墨是工業(yè)和生活中十分常見的材料，具有耐高溫，良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、良好的潤(rùn)滑性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及可塑性 好和抗熱震性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，加之價(jià)格低廉，是替代 Pt的潛力很大的對(duì)電極材料。 Chen等 [6]用工業(yè)柔性石墨薄片作為基板，用活性炭作為催化材料制備了純碳對(duì)電極．這種碳對(duì)電極繼承了柔性石墨的高電導(dǎo)率和活性炭的高催化活性，表現(xiàn)出的溶液電阻 (R )和電荷轉(zhuǎn)移電阻 (尺 )只有 Pt／ FTO對(duì)電極的 1／ 2甚至 1／ 3．分別用 0． 15和 1cm 的對(duì)電極組裝而得的 DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率分別為 6． 5％和 5． 0％，高于相同面積的 Pt／ FTO為對(duì)電極的 DSSC的能量轉(zhuǎn)換效率 (6． 4％和 2． 9％ )． 石墨烯是最近幾年十分熱門的新型炭材料， 已有很多科研小組將其運(yùn)用到DSSC電極的制備中． [712] Choi 等 [8]制備了石墨烯基多壁碳納米管 (GMWNT)復(fù)合薄膜對(duì)電極．通過(guò)純化天然石墨得到石墨烯，通過(guò)液滴涂布在 Si／ SiO2 基板上得到石墨烯層，然后在150 oC 下干燥．用離子濺射法在石墨烯層上濺射一層 6 nm 的 Fe 薄膜，用低溫化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)在 900 oC 下用 C2H2在石墨烯層表面生成 MWCNT．用緩沖溶液方法將 GMWNT 層從 Si 基板表面移開，利用 van der waals 力將 GMWNT 層轉(zhuǎn)移到 ITO導(dǎo)電玻璃表面以制作 DSSC．實(shí)驗(yàn)測(cè)得該對(duì) 電極組裝得的 DSSC 的能量轉(zhuǎn)換效率為3． 0％，填充因子為 0． 6．隨后他們用化學(xué)氣相沉積等方法在石墨烯薄片上面生長(zhǎng)碳納米管，制得的 DSSC 器件得到 4． 46％的能量轉(zhuǎn)換效率 [9]。石墨烯基多壁碳納米管復(fù)合薄膜有望成為 DSSC 非常有潛力的對(duì)電極材料。 光固化石墨烯 /聚吡咯復(fù)合膜對(duì)電極的制備 5 石墨烯簡(jiǎn)介 石墨烯 （ Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新 材料 。是一種由碳原子以 sp2 雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。 [13] 石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電 性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。 [14]在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒(méi)有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，目前一般的電腦芯片以這種方式浪費(fèi)了 72%81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會(huì)被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特