硒化钴纳米颗粒制备及其在染料敏化太阳能电池中应用研究
染料敏化太阳能电池由于拥有较高理论转换效率、制备成本低、环境友好等优势，成为人们研究的热点。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等问题，本文采用一步溶剂热法合成CoSe纳米颗粒，通过喷涂法制备CoSe薄膜，并作为染料敏化太阳能电池对电极。通过对样品的结构形貌、物相以及成分分析，可知纯相CoSe纳米材料具有颗粒状结构形貌。通过电化学测试表明，CoSe对电极展现出了较好的电催化性能。基于CoSe对电极的染料敏化太阳能电池能量转换效率达到了5.39%，略低于基于Pt对电极的电池效率(5.52%)。这些实验结果表明CoSe纳米材料可作为催化剂材料，且在DSSC领域中有着较大的潜在应用前景。关键词 染料敏化太阳能电池，对电极，CoSe，电催化活性目 录
1 引言 1
1.1 太阳能电池分类 2
1.1.1 硅基太阳能电池 2
1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池 2
1.1.3 新型太阳能电池 3
1.2 研究意义与研究内容 3
2 染料敏化太阳能电池简介 3
2.1 DSSC工作原理 4
2.2 DSSC研究现状 5
3 基于CoSe对电极的DSSC组装与测试 6
3.1 实验过程 6
3.1.1 实验原料与实验仪器 6
3.1.2 CoSe纳米材料合成 7
3.1.3 CoSe对电极制备 7
3.1.4 DSSC组装 8
3.1.5 性能表征 8
3.2 实验结果与讨论 9
3.2.1 CoSe纳米材料结构形貌与物相分析 9
3.2.2 CoSe对电极催化性能分析 11
3.2.3 DSSC光电性能分析 13
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
能源是人类社会赖以生存和发展的坚实基础。随着社会发展、文明进步，人类对能源的需求量不断加大。最为常用的化石能源，如石油、煤和天然气等，人类逐渐意识到这些能源并不是取之不尽用之不竭的。人类正在面临着传统化
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极催化性能分析 11
3.2.3 DSSC光电性能分析 13
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
能源是人类社会赖以生存和发展的坚实基础。随着社会发展、文明进步，人类对能源的需求量不断加大。最为常用的化石能源，如石油、煤和天然气等，人类逐渐意识到这些能源并不是取之不尽用之不竭的。人类正在面临着传统化石能源即将耗尽的严峻问题，能源安全和能源危机问题随着人类社会的发展而逐步突现出来。因此，世界各大国相继提出了可持续发展战略，开发可再生能源成为亟待解决的问题。能源按类型主要可以分为新型能源和常规能源两类。一般常规能源是一些使用比较广泛、利用技术上成熟的能源，主要有天然气、石油、煤等不可再生能源，以及可再生的水能源、风能等；新型能源有太阳能、地热能、潮汐能、核能等能源[1]。
就目前而言，世界各国工业、民用主要能源主要是石油、煤炭、天然气等化石能源，但是这些常规能源的资源是非常有限的，而且正在枯竭，大量使用会带来一系列的生态问题，燃烧化石燃料会产生大量的有害气体，如CO，CO2，SO2，NOX以及碳氢化合物等[1]，这些有害气体不但会污染环境，还会危害人类健康。改变现有能源体系结构，发展可持续的绿色新能源成已为世界各国研究学者极为关注的课题。
新型能源资源分布广泛、丰富、具有可持续利用性，不断加快可再生能源的开发利用是解决人类能源和环境问题的重要途径和措施。风能、水能、潮汐能、地热能这些新型能源大多受地域和环境因素的影响较大，难以大规模的民用普及，但是太阳能较之于其他新型能源则基本不受地理因素的限制，资源充沛，是一种十分理想的可再生清洁能源，具有巨大的开发利用潜力和独特的优势，充分利用太阳能有利于人与自然的和谐相处，有利于人类的可持续发展[1]。
在太阳能的利用中，除了直接光热利用之外，太阳能发电则是最为主要的利用形式。目前，主要包括两大方面：光伏发电和光热发电[1]。但是光热发电的前提是较高的直接辐射太阳能，因此受地域限制影响非常大；太阳能电池是光伏产品的组件形式，不仅可转换太阳能的直接辐射能，而且可以相同的转换效率利用太阳光的漫射能，因此，只要地球上有太阳光的地方就可以利用太阳能电池。
1.1 太阳能电池分类
太阳能电池主要分为三大类：硅基太阳能电池(包括非晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池)，多元化合物薄膜太阳能电池(包括硫化镉、碲化镉、铜铟硒、砷化嫁III-V族化合物薄膜太阳能电池)，新型太阳能电池(有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池)[2,3]，如图1所示。
图1太阳能电池分类
1.1.1 硅基太阳能电池
硅基太阳能研究较早，是目前研发最为成熟的一种太阳能电池。硅基太阳能电池：包括多晶硅、非晶硅、单晶硅电池[2]。目前，在实验室内单晶硅太阳能电池的效率高达20%以上，而一般的商业单晶硅太阳能电池的效率也达到为15%左右。单晶硅太阳能电池技术成熟，效率高，但是由于单晶硅材料价格昂贵以及繁琐的电池制作组装工艺影响，使得单晶硅电池成本较高，难于投入民用。目前已研制了多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池，较传统的单晶硅电池成本低，一定程度上便于大规模生产，但在电池的稳定性以及电池的效率上均不如单晶硅电池。
1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池：其中主要包括铜铟硒、砷化嫁以及硫化镉等薄膜电池[2]。在上述的电池中，尽管硫化镉和碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，并且成本比单晶硅池要低，且很容易实现大规模化的生产。但是，其仍然难实现民用化，这是因为镉有剧毒，非常容易对环境造成严重的污染，不符合当今可持续发展的趋势。这就决定了这类太阳能电池许不可能成为硅基太阳能电池的理想代替品。
1.1.3 新型太阳能电池
新型太阳能电池：主要思路是利用有机材料来代替无机材料。由于有机材料具有材料来源广泛、可塑性强、制备简单以及成术低等优点[2]，所以新型太阳能电池对实现太阳能电池的民用化具有重要意义。然而，有机太阳能电池不论是使用寿命，还足电池效率都不能和薄膜太阳能电池及硅从太阳能电池相比，但足有机太阳能能电池仍有巨大的发展潜力，而其中染料敏化太阳能电池由于其制备简单、发电效率高成为研究的热点[4,5]。
1.2 研究意义与研究内容
结合国内外的研究现状以及我们实验室具备的实验条件，本论文主要探索了硒化钴材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用，分为四个部分：
(1) 绪论部分，该部分讲述了本课题的研究背景，阐述了太阳能电池的研究现状、分类，以及各种太阳能电池的特点。
(2) 该部分引入本论文研究内容，染料敏化太阳能电池。主要介绍了染料敏化太阳能电池的工作原理简，各个组成部分:光阳极、对电极、电解液、染料，以及各个组成部分在染料敏化太阳能电池中发挥的作用。
(3) 这一部分是本论文研究的重点该部分首先以二氧化硒为硒源，醋酸钴为钴源，苯甲醇为溶剂，采用一步溶剂热法合成CoSe纳米材料，再采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来表征所制备得样品的结构形
1 引言 1
1.1 太阳能电池分类 2
1.1.1 硅基太阳能电池 2
1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池 2
1.1.3 新型太阳能电池 3
1.2 研究意义与研究内容 3
2 染料敏化太阳能电池简介 3
2.1 DSSC工作原理 4
2.2 DSSC研究现状 5
3 基于CoSe对电极的DSSC组装与测试 6
3.1 实验过程 6
3.1.1 实验原料与实验仪器 6
3.1.2 CoSe纳米材料合成 7
3.1.3 CoSe对电极制备 7
3.1.4 DSSC组装 8
3.1.5 性能表征 8
3.2 实验结果与讨论 9
3.2.1 CoSe纳米材料结构形貌与物相分析 9
3.2.2 CoSe对电极催化性能分析 11
3.2.3 DSSC光电性能分析 13
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
能源是人类社会赖以生存和发展的坚实基础。随着社会发展、文明进步，人类对能源的需求量不断加大。最为常用的化石能源，如石油、煤和天然气等，人类逐渐意识到这些能源并不是取之不尽用之不竭的。人类正在面临着传统化
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极催化性能分析 11
3.2.3 DSSC光电性能分析 13
结论 16
致谢 17
参考文献 18
1 引言
能源是人类社会赖以生存和发展的坚实基础。随着社会发展、文明进步，人类对能源的需求量不断加大。最为常用的化石能源，如石油、煤和天然气等，人类逐渐意识到这些能源并不是取之不尽用之不竭的。人类正在面临着传统化石能源即将耗尽的严峻问题，能源安全和能源危机问题随着人类社会的发展而逐步突现出来。因此，世界各大国相继提出了可持续发展战略，开发可再生能源成为亟待解决的问题。能源按类型主要可以分为新型能源和常规能源两类。一般常规能源是一些使用比较广泛、利用技术上成熟的能源，主要有天然气、石油、煤等不可再生能源，以及可再生的水能源、风能等；新型能源有太阳能、地热能、潮汐能、核能等能源[1]。
就目前而言，世界各国工业、民用主要能源主要是石油、煤炭、天然气等化石能源，但是这些常规能源的资源是非常有限的，而且正在枯竭，大量使用会带来一系列的生态问题，燃烧化石燃料会产生大量的有害气体，如CO，CO2，SO2，NOX以及碳氢化合物等[1]，这些有害气体不但会污染环境，还会危害人类健康。改变现有能源体系结构，发展可持续的绿色新能源成已为世界各国研究学者极为关注的课题。
新型能源资源分布广泛、丰富、具有可持续利用性，不断加快可再生能源的开发利用是解决人类能源和环境问题的重要途径和措施。风能、水能、潮汐能、地热能这些新型能源大多受地域和环境因素的影响较大，难以大规模的民用普及，但是太阳能较之于其他新型能源则基本不受地理因素的限制，资源充沛，是一种十分理想的可再生清洁能源，具有巨大的开发利用潜力和独特的优势，充分利用太阳能有利于人与自然的和谐相处，有利于人类的可持续发展[1]。
在太阳能的利用中，除了直接光热利用之外，太阳能发电则是最为主要的利用形式。目前，主要包括两大方面：光伏发电和光热发电[1]。但是光热发电的前提是较高的直接辐射太阳能，因此受地域限制影响非常大；太阳能电池是光伏产品的组件形式，不仅可转换太阳能的直接辐射能，而且可以相同的转换效率利用太阳光的漫射能，因此，只要地球上有太阳光的地方就可以利用太阳能电池。
1.1 太阳能电池分类
太阳能电池主要分为三大类：硅基太阳能电池(包括非晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池)，多元化合物薄膜太阳能电池(包括硫化镉、碲化镉、铜铟硒、砷化嫁III-V族化合物薄膜太阳能电池)，新型太阳能电池(有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池)[2,3]，如图1所示。
图1太阳能电池分类
1.1.1 硅基太阳能电池
硅基太阳能研究较早，是目前研发最为成熟的一种太阳能电池。硅基太阳能电池：包括多晶硅、非晶硅、单晶硅电池[2]。目前，在实验室内单晶硅太阳能电池的效率高达20%以上，而一般的商业单晶硅太阳能电池的效率也达到为15%左右。单晶硅太阳能电池技术成熟，效率高，但是由于单晶硅材料价格昂贵以及繁琐的电池制作组装工艺影响，使得单晶硅电池成本较高，难于投入民用。目前已研制了多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池，较传统的单晶硅电池成本低，一定程度上便于大规模生产，但在电池的稳定性以及电池的效率上均不如单晶硅电池。
1.1.2 多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池：其中主要包括铜铟硒、砷化嫁以及硫化镉等薄膜电池[2]。在上述的电池中，尽管硫化镉和碲化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高，并且成本比单晶硅池要低，且很容易实现大规模化的生产。但是，其仍然难实现民用化，这是因为镉有剧毒，非常容易对环境造成严重的污染，不符合当今可持续发展的趋势。这就决定了这类太阳能电池许不可能成为硅基太阳能电池的理想代替品。
1.1.3 新型太阳能电池
新型太阳能电池：主要思路是利用有机材料来代替无机材料。由于有机材料具有材料来源广泛、可塑性强、制备简单以及成术低等优点[2]，所以新型太阳能电池对实现太阳能电池的民用化具有重要意义。然而，有机太阳能电池不论是使用寿命，还足电池效率都不能和薄膜太阳能电池及硅从太阳能电池相比，但足有机太阳能能电池仍有巨大的发展潜力，而其中染料敏化太阳能电池由于其制备简单、发电效率高成为研究的热点[4,5]。
1.2 研究意义与研究内容
结合国内外的研究现状以及我们实验室具备的实验条件，本论文主要探索了硒化钴材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用，分为四个部分：
(1) 绪论部分，该部分讲述了本课题的研究背景，阐述了太阳能电池的研究现状、分类，以及各种太阳能电池的特点。
(2) 该部分引入本论文研究内容，染料敏化太阳能电池。主要介绍了染料敏化太阳能电池的工作原理简，各个组成部分:光阳极、对电极、电解液、染料，以及各个组成部分在染料敏化太阳能电池中发挥的作用。
(3) 这一部分是本论文研究的重点该部分首先以二氧化硒为硒源，醋酸钴为钴源，苯甲醇为溶剂，采用一步溶剂热法合成CoSe纳米材料，再采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来表征所制备得样品的结构形
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