染料敏化太阳能电池,又称第三代太阳能电池,以其较低的成本、相对较高的效率引起了人们的广泛关注。典型的染料敏化太阳能电池通常由三部分组成:光阳极(经过染料分子敏化的Ti O2介孔膜)、电解质(通常为I3ˉ/Iˉ氧化还原电对)及对电极。其中,对电极作为染料敏化太阳能电池的重要组分,起着收集外电路中电子并将电解质中I3ˉ还原为Iˉ的作用。目前,由于其优越的电催化活性,金属铂一直被作为常用的对电极材料。但是铂的储量有限,而且价格居高不下,大大增加了染料敏化太阳能电池的成本。因此,开发低成本、高催化活性的非铂对电极材料具有重要意义。近年来,硫化钴作为低成本的对电极材料被引入染料敏化太阳能电池领域,对于I3ˉ的还原已表现出良好的电催化性能,因此硫化钴被认为是有望替代昂贵Pt电极的新型对电极材料。但是硫化钴本身的电导性不高、常规的合成方法中毒性硫源的使用会使反应过程释放有毒气体硫化氢,这些问题成为其大规模应用的障碍。因此,本文旨在发展环境友好、过程简单的方法合成高效的硫化钴对电极,同时采用高电导材料与其复合以克服其电导率低的问题,并且使二者发挥协同催化作用以改善材料的催化性能。本论文文主要研究内容如下:采用有机分子诱导的方法成功合成了三维花状硫化钴(Co S)分级结构。阐述了三维分级结构的生长机制,并首次将三维花状Co S分级结构作为电极材料引入染料敏化太阳能电池领域,考察了其电催化性能及光伏性能。电化学测试表明,对于I3ˉ的还原,三维花状Co S分级结构具有良好的电催化活性,归因于构成分级结构的纳米片结构不仅促进了电解质的扩散,而且增大了材料的比表面积进而提高了其催化活性。结果,基于三维花状Co S分级结构对电极的染料敏化太阳能电池获得了与基于铂对电极的器件相近的效率。采用一步水热法合成了石墨烯包覆的硫化钴三维分级多孔球复合(CSHPS-G)材料,并且通过电化学测试研究了单组分的硫化钴(Co S)、还原的氧化石墨烯(RGO)及CSHPS-G的电催化活性。研究表明,相比于单组分材料,CSHPS-G复合材料表现出了更好的电催化性能,进而使器件获得了较高的效率。这是因为复合材料的多孔结构不仅为电解质提供了有效的扩散通道,增加了催化反应的活性位点,而且由于石墨烯的包覆,在CoS球之间创造了三维导电网络,弥补了Co S材料本身导电性差的缺点同时有效抑制了石墨烯片层在高温条件下的团聚。结果,基于CSHPS-G复合材料对电极的器件获得了高于铂电极的效率。采用层层自组装结合热解法直接在FTO表面制备了硫化钴纳米粒子修饰的石墨烯透明薄膜(CSG)电极。避免了常规电极制备过程中浆料混合、刮涂等复杂过程。更重要的是制备的薄膜厚度可控制在纳米尺度范围,而且高度透明,有望应用于透明电子器件领域。电化学测试说明CSG对碘电对间氧化还原反应具有良好的电催化活性。J-V测试中,基于CSG透明电极的器件表现了与相应Pt基器件相近的光伏特性。发展了一种改性的自组装技术:利用离子及功能化石墨烯所带电荷不同的特点,通过静电吸附的方法直接在FTO导电基底上制备了功能化石墨烯/硫化钴复合薄膜(CFG)电极。此过程不仅避免了常规层层自组装过程中聚电解质及其它辅助材料的使用,而且利用了功能化石墨烯表面官能团与硫化钴纳米粒子间的相互作用,促进了硫化钴纳米粒子的分散。同时对复合薄膜电极进行电化学测试,CFG电极表现了良好的电催化性能。因此,光电测试中,基于CFG薄膜电极的器件获得了与Pt基器件相近的电池效率。